JP4773186B2

JP4773186B2 - 並列運転電源システム

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Publication number: JP4773186B2
Application number: JP2005333644A
Authority: JP
Inventors: 昌春前坂
Original assignee: Cosel Co Ltd
Current assignee: Cosel Co Ltd
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-11-18
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Description

本発明は、負荷に対し複数の電源装置の出力を並列接続する並列運転電源システムに関し、特に、複数の電源装置に設けた電流バランス端子を相互接続して出力電流をバランス制御する並列運転電源システム電源に関する。

従来、この種の並列運転電源システムとしては、例えば図９に示すものがある。図９において、スイッチングレギュレータ等の電源装置１００ａ〜１００ｎは出力端子Ｖｏを負荷線１０４により負荷１０２に並列接続している。

このように複数の電源装置１００ａ〜１００ｎを並列運転させると、負荷率のばらつきが問題となる。この負荷率の差を少なくするために負荷率に比例した電流バランス検出電圧を電流バランス端子に発生させ、電流バランス端子を電流バランス線１０６により相互接続し、お互いの電流バランス端子に流れる電流が少なくなるようにバランス制御し、電源装置１００ｑ〜１００ｎの負荷率のばらつき、即ち出力電流のばらつきを小さくしている。

電源装置１００ａ〜１００ｎに設けた電流バランスを制御する回路は、電流バランス線１０６を接続しない端子開放状態では、出力電流Ｉｏに比例した電流バランス検出電圧を電流バランス端子ＣＢに発生しているが、電流バランス端子ＣＢを電流バランス線１０６で相互接続すると、電流バランス検出電圧の高い端子から電圧の低い端子に電流が流れる。

電流バランス端子ＣＢから電流が流れ出す電流バランス検出電圧の高い回路は、流れ出す電流による抵抗両端の電圧により電源安定化制御で出力電圧を下げて出力電流を減らす。一方、電流バランス端子ＣＢから電流が流れ込む電流バランス検出電圧の低い回路は、流れ込む電流による抵抗両端の逆極性の電圧により電源安定化制御の出力電圧を上げて出力電流を増す。これにより負荷率のばらつき、即ち出力電流のばらつきがなくなるようにバランス制御している。

図１０は従来の並列電源システムの他の例を示しており、図９の電流バランス制御に加え、電源装置１００ａ〜１００ｎに設けた基準電圧バランス端子ＶＢを基準電バランス線１０８で相互接続している。基準電圧バランス端子ＶＢには、電源装置１００ａ〜１００ｎの安定化制御で使用する基準電圧設定回路の基準電圧が印加されている。基準電圧は、出力電圧との誤差電圧を作り出すために使用され、誤差電圧をなくすようにインバータのＰＷＭ制御などによる出力安定化制御が行われる。

基準電圧バランス線１０８による基準電圧バランス端子ＶＢの相互接続は、電源装置１００ａ〜１００ｎの内、最も低い基準電圧となるように各基準電圧設定回路の設定制御が行われ、全ての電源装置の基準電圧を同一にするとこで、電流バランス制御の精度を更に高めることができる。
特開２００４−１６６４３７号公報特開２００３−１５７１１７号公報特開２００３−１５３５３９号公報特開平０９−２８８５１８号公報

しかしながら、このような従来の出力電流のバランス制御機能を備えた並列電源運転システムにあっては、異なった負荷率と電流バランス検出電圧の特性をもった電源装置同士については、出力電流が同じであっても異なった電流バランス検出電圧が得られ、出力電流を相違させるようにアンバランス制御するため、電流バランス制御を行うようにした並列運転電源システムを構築することができない。このため従来の並列運転電源システムにおいては、設計した以上の台数の並列接続はできず、それ以上の負荷要求電力に対応できない問題がある。

また電源装置の並列台数を変えることなく大きな負荷要求電力に対応可能とするためには、電源装置１台当りの電力を増して設計することになるが、並列台数が少ない場合には無駄にコストがかかった設計となってしまう。

更に、電源装置の並列台数を増していくと、それに比例して電源装置相互間の電流バランス線や基準電圧バランス線などの電線の引き回しが長くなり、ノイズによって誤動作し易くなることで、並列台数が制限される問題もある。

本発明は、異なった負荷率と電流バランス検出電圧の特性をもった電源装置同士について電流バランス制御による並列運転を可能とする並列運転電源システムを提供することを目的とする。

本発明は並列運転電源システムを提供する。即ち本発明は、負荷に対し複数の電源装置の出力を並列接続すると共に各電源装置に設けた電流バランス端子を電流バランス線により相互接続して出力電流をバランス制御する並列運転電源システムに於いて、
複数の電源装置をブロック単位にまとめ、ブロック内の各電源装置の電流バランス端子を電流バランス線により相互接続してブロック単位に出力電流をバランス制御する複数のブロックと、
複数のブロック毎に設けられて共通電流バランス線により相互接続され、ブロック相互間で出力電流をバランス制御する複数の変換機と、
を備えたことを特徴とする。

ここで、変換機は、ブロック内の複数の電源装置の負荷率による電流バランス検出電圧特性を、複数のブロックの負荷率による電流バランス検出電圧特性に変換する変換回路を備える。

この変換回路は、
ブロック内の電流バランス検出電圧を入力してブロック間で共通な共通電流バランス検出電圧に変換する第１電圧変換回路と、
自己の共通電流バランス検出電圧と他のブロックの共通電流バランス検出電圧との差電圧を検出し、差電圧を反転した変換電圧をブロック内の電流バランス検出電圧に加えて補正する第２電圧変換回路と、
を備える。

第１電圧変換回路は、ブロック内の電流バランス検出電圧からブロック間で共通な共通電流バランス検出電圧に変換する変換特性を可変する調整回路を備える。

本発明の並列運転電源システムは、複数の電源装置を階層的にブロック化し、各階層のブロック毎に前記変換機を設けてブロック相互間で出力電流をバランス制御する。

本発明の並列運転電源システムにあっては、更に、
複数のブロック内の複数の電源装置は、安定化制御に使用する基準電圧設定回路の基準電圧を外部に出力する基準電圧端子を備え、各基準電圧端子を基準電圧バランス線により相互接続して異なる基準電圧の中の最も低い基準電圧となるように各基準電圧設定回路を設定制御し、
複数のブロックの変換機は、自己のブロックに共通基準電圧を設定する共通基準電圧設定回路と、基準電圧設定回路の基準電圧を外部に出力する共通基準電圧端子とを備え、各共通基準電圧端子を共通基準電圧バランス線により相互接続して異なる共通基準電圧の中の最も低い共通基準電圧となるように各共通基準電圧設定回路を設定制御し、更に各ブロック内の複数の電源装置の基準電圧を最も低い共通基準電圧となるように各基準電圧設定回路を設定制御する。

本発明によれば、複数の電源装置をブロック化し、ブロック内で負荷率による電流バランスを取る回路を構成して電流バランスをとるように制御する。更に、複数のブロック同士で負荷率による電流バランスを取る回路を構成して電流バランスをとるように制御する。これによりブロック毎に異なった負荷率と電流バランス検出電圧の特性をもつ複数の電源装置を使用して各電源装置を電流バランス制御した並列運転が実現でき、並列運転できる電源装置の台数を簡単且つ容易に増加することができる。

また、並列運転する電源装置について、安定化制御に使用する基準電圧をブロック内で共通化すると共に各ブロックにも設けた変換機によりブロック同士で基準電圧を共通化することで、異なった基準電圧をもつ複数の電源装置を使用して並列運転が実現でき、並列運転できる電源装置の台数を簡単且つ容易に増加することができる。

また変換機に変換電圧の調整回路を設けることで、更に高精度な負荷率による電流バランス制御を実現することができる。更に、ブロック毎にまとめて電流バランス制御や基準電圧共通化制御のための配線接続を行うことで、電源装置の台数が増加しても線路長を抑えることができ、ノイズの影響を低減して誤動作しにくくできる。

図１は本発明による並列運転電源システムの実施形態を示したブロック図である。図１において、本発明の並列運転電源システムは、出力電流バランス検出特性が同じ電源装置１０ａ〜１０ｃでブロックＡを構成し、別の出力電流バランス検出特性をもつ電源装置１２ａ〜１２ｃでブロックＢを構成している。なお、ブロックの数は必要に応じて任意に増加できる。

ブロックＡの電源装置１０ａ〜１０ｃは、出力端子Ｖ０と電流バランス端子ＣＢ１を備えている。出力端子Ｖ０は負荷１６に対し並列接続される。電流バランス端子ＣＢ１は電流バランス線１５により相互接続されている。

ブロックＢの電源装置１２ａ〜１２ｃも同様に、出力端子Ｖｏと電流バランス端子ＣＢ２を持ち、出力端子Ｖ０は負荷１６に並列接続し、電流バランス端子ＣＢ２は電流バランス線１５により相互接続している。

更にブロックＡ，Ｂのそれぞれには変換機１４ａ，１４ｂが設けられる。変換機１４ａ，１４ｂはそれぞれ電流バランス端子ＣＢ１と共通電流バランス端子ＣＢ０を持っており、電流バランス端子ＣＢ１は電源装置１０ａ〜１０ｃ，１２ａ〜１２ｃの電流バランス線１５に接続され、共通バランス端子ＣＢ０はブロックＡ，Ｂの変換機１４ａ，１４ｂ間で相互接続している。

電源装置１０ａ〜１０ｃ，１２ａ〜１２ｃは、電流バランス端子ＣＢ１，ＣＢ２をブロック内で電流バランス線１５により相互接続し、ブロック単位に負荷１６に対する出力電流をバランス制御している。また変換機１４ａ，１４ｂは共通電流バランス端子ＣＢ０を共通電流バランス線２５により相互接続し、ブロック相互間で負荷１６に対する出力電流をバランス制御している。

このため変換機１４ａ，１４ｂは、各ブロックＡ，Ｂ内の複数の電源装置１０ａ〜１０ｃ，１２ａ〜１２ｃの負荷率による電流バランス検出電圧特性をブロックＡ，Ｂの負荷率による電流バランス検出電圧特性に変換する変換回路を備えている。

ここで電源装置１０ａ〜１０ｃ及び１２ａ〜１２ｃにあっては、それぞれの負荷１６に対する出力電流に比例した検出電圧である電流バランス検出電圧を電流バランス端子ＣＢ１，ＣＢ２に出力する。この電流バランス検出電圧特性は電源装置１０ａ〜１０ｃと電源装置１２ａ〜１２ｃとでは異なった特性となっているが、この特性の相違による電流バランス制御のマッチングは、それぞれに設けている変換機１４ａ，１４ｂによって共通の電流バランス検出電圧特性に変換され、ブロックＡの電源装置１０ａ〜１０ｃとブロックＢの電源装置１２ａ〜１２ｃ間となるブロック間の電流バランス制御を実現している。

また図１のブロック図から明らかなように、ブロックＡ，Ｂに分けて電源装置１０ａ〜１０ｃと電源装置１２ａ〜１２ｃを設置しているため、ブロックＡ，Ｂのブロック内での電流バランス線１５や負荷線１１の配線長がブロック単位でまとまることとなり、これによって電源装置間における配線長を短くし、ノイズによる影響を低減して誤動作を防止することができる。

図２は図１のブロックＡに設けている電源装置１２ａ，１２ｂを取り出して、その実施形態を示した回路図である。図２において、例えば電源装置１２ａを例に取ると、商用ＡＣ電圧が印加される入力端子１８ａ，１８ｂに続いてダイオードブリッジ２０が設けられ、ダイオードブリッジ２０の出力にコンデンサＣ１を接続している。

コンデンサＣ１に続いてはトランス２４が設けられ、トランス２４の１次巻線と直列にＦＥＴなどのスイッチング素子２６を接続し、制御ＩＣ２２により安定化制御のためのスイッチング制御を行っている。

トランス２４の２次側にはダイオードＤ１，Ｄ２の整流回路、チョークコイルＣＨ及びコンデンサＣ２を用いた平滑回路が設けられ、出力端子ＶＯから負荷１６に安定化された電源電圧を供給している。

トランス２４の２次側のマイナス側のラインには、負荷電流Ｉ₀₁を検出する抵抗Ｒ１ａが挿入接続されている。抵抗Ｒ１ａの両端に発生する出力電流Ｉ₀₁に比例した検出電圧Ｖ１ａはオペアンプなどで構成した任意のゲインをもつ差動入力増幅回路２８に入力され、抵抗Ｒ２ａを介して、その出力は電流バランス端子ＣＢ１に接続されている。

抵抗Ｒ２ａの両端は差動入力増幅回路３０に入力接続され、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の分圧回路を介して差動入力増幅回路３２に反転入力されている。差動入力増幅回路３２の非反転入力には基準電圧源３４が接続され、基準電圧Ｖｒ１１が設定されている。

差動入力増幅回路３２は誤差増幅器であり、抵抗Ｒ４と抵抗（Ｒ５＋Ｒ６）の分圧電圧として得られた出力電圧を基準電圧Ｖｒ１１と比較して誤差電圧を発生し、誤差電圧に応じて補助電源Ｖｓに接続しているフォトカプラのフォトダイオード３６を発光駆動する。

フォトダイオード３６の発光駆動による光は、制御ＩＣ２２に接続したフォトトランジスタ３８に入力される。制御ＩＣ２２は出力電圧の分圧電圧が基準電圧Ｖｒ１１となるように、スイッチング素子２６のスイッチングオン時間を例えばＰＷＭ制御している。

電源装置１２ｂも電源装置１２ａと同じ回路構成であり、電源装置１２ａの出力電流を検出する抵抗Ｒ１ａ及び電流バランス端子ＣＢ１側の抵抗Ｒ２ａを、電源装置１２ｂについては抵抗Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂとして示している。

次に図２の電源装置１２ａ，１２ｂにおける電流バランス制御を説明する。電源装置１２ａの動作状態で、負荷１６に出力電流Ｉ₀₁が流れていると、抵抗Ｒ１ａの両端に出力電流Ｉ₀₁に比例した検出電圧Ｖ１ａが発生し、差動入力増幅回路２８から抵抗Ｒ２ａを介して、電流バランス端子ＣＢ１に電流バランス検出電圧Ｖ１１を発生する。

この電流バランス検出電圧Ｖ１１は、図３の特性ＣＢ１に示すように、出力電流Ｉ０１に比例して電流バランス電圧Ｖ１１が増加する関係にある。なお、特性ＣＢ２は図１のグループＢに設けた電源装置１２ａ〜１２ｂの特性であり、特性ＣＢ１とは異なった特性となっている。

ここで電流バランス端子ＣＢ１に対する電流バランス線１５の接続を切り離して開放状態にある場合、抵抗Ｒ２ａの両端の電圧Ｖ２ａは０となるため、差動入力増幅回路３０の出力は０となり、差動入力増幅回路３２の反転入力となる出力検出電圧には補正が掛からず、基準電圧Ｖｒ１１で設定された出力検出電圧そのものとなる。

一方、電流バランス端子ＣＢ１を電流バランス線１５を介して電源装置１２ａ，１２ｂで相互に接続している場合、電源装置１２ａ，１２ｂの出力電流Ｉ₀₁，Ｉ₀₂に差が生ずると、それぞれの電流バランス検出電圧Ｖ１１，Ｖ１２の差となり、抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの両端に電圧Ｖ２ａ，Ｖ２ｂが現れる。

例えば電源装置１２ａの電流バランス電圧Ｖ１１が出力電流Ｉ₀₁が大きくて電流バランス検出電圧Ｖ１１が高くなり、これに対し電源装置１２ｂ側の電流バランス電圧Ｖ１２が出力電流Ｉ０２が小さくて電流バランス検出電圧Ｖ１２が低くなったとすると、電源装置１２ａから電源装置１２ｂに向かう電流ｉｂが電流バランス線１５に流れ、抵抗Ｒ２ａにプラス極性の電圧Ｖ２ａが発生し、一方、電源装置１２ｂの抵抗Ｒ２ｂにはマイナス極性の電圧Ｖ２ｂが発生する。

電源装置１２ａの抵抗Ｒ２ａの発生電圧Ｖ２ａは、差動入力増幅回路３０を介して出力電圧分圧回路に加えられ、出力電圧を増加するように補正し、このため差動入力増幅回路３２によるフォトダイオード３６の発光量が増加し、これを受けてフォトトランジスタ３８の出力に基づき制御ＩＣ２２が、スイッチング素子２６を出力電圧を下げる方向に制御して出力電流Ｉ₀₁を低下させる。

一方、電源装置１２ｂにあっては、抵抗Ｒ２ｂに発生したマイナス極性の電圧Ｖ２ｂが差動入力増幅回路３０から出力電圧分圧回路に加わることで、出力電圧の分圧電圧を減少するように補正し、差動入力増幅回路３２によるフォトダイオード３６の発光量が低下し、フォトトランジスタ３８で受光した出力により制御ＩＣ２２が、スイッチング素子２６を出力電圧を増加する方向にスイッチング制御し、これによって電源装置１２ｂの出力電流が増加する。

このようなバランス制御によって、電源装置１２ａの出力電流は出力電圧の低下に伴って減少し、一方、電源装置１２ｂの出力電流Ｉ０２は出力電圧の増加に伴って増加し、両者がバランスした状態に制御することになる。

図４は図１のブロックＡ，Ｂに設けた変換機１４ａ，１４ｂの実施形態を示した回路図である。

図４において、ブロックＡに設けた変換機１４ａは、電源装置１０ａ〜１０ｃの電流バランス端子ＣＢ１を相互接続した電流バランス線１５を接続する電流バランス端子ＣＢ１をオペアンプ４０の非反転入力端子に接続し、オペアンプ４０の出力は抵抗Ｒ７を介して反転入力端子に帰還すると共に、設置間に可変抵抗ＶＲ１を接続している。オペアンプ４０の出力は抵抗Ｒ８を介してオペアンプ４２の反転入力端子に接続され、オペアンプ４２の出力は抵抗Ｒ９ａを介して共通電流バランス端子ＣＢ０に接続している。これにより第１変換回路を構成している。

また抵抗Ｒ９ａの両端を差動入力増幅回路４４に入力接続し、差動入力増幅回路４４の出力を抵抗Ｒ１０を介して、電流バランス線１５を接続した電流バランス端子ＣＢ１に接続している。これにより第２変換回路を構成している。

オペアンプ４０は、電源装置１０ａ〜１０ｃの電流バランス端子ＣＢ１における電流バランス制御のための動作を正確に行わせるために、入力インピーダンスは無限大としている。可変抵抗ＶＲ１は、電源装置１０ａ〜１０ｃの電流バランス端子ＣＢ１の電流バランス電圧を、共通電流バランス線２５で接続している共通電流バランス端子ＣＢ０側の共通電流バランス電圧に合わせるための調整を行う。またオペアンプ４２の入力段に設けた可変抵抗ＶＲ２は、変換電圧を更に微調整するためのものである。

ブロックＢの変換機１４ｂもブロックＡの変換機１４ａと同じ回路構成であり、電源装置１２ａ〜１２ｃの電流バランス線１５を接続する端子を電流バランス端子ＣＢ２としている点が相違する。また共通電流バランス端子ＣＢ０側の抵抗を、変換機１４ａについては抵抗Ｒ９ａとしているが、変換機１４ｂについては抵抗Ｒ９ｂとしている。

次に図４の変換機１４ａ，１４ｂによるブロック単位の電流バランス制御を説明する。ここで変換機１４ａの電流バランス端子ＣＢ１に加わるブロック内の電源装置１０ａ〜１０ｃの電源バランス制御に依存した電流バランス検出電圧をＶ１、ブロックＢの電流バランス端子ＣＢ２に加わる電源装置１２ａ〜１２ｃの電流バランス制御に対応した電流バランス検出電圧をＶ２、変換機１４ａの共通電流バランス端子ＣＢ０の共通バランス検出電圧をＶ３、変換機１４ｂの共通電流バランス端子ＣＢ０の共通バランス検出電圧をＶ４とする。

ブロックＡの電源装置１０ａ〜１０ｃによる負荷に対する出力電流がブロックＢの電源装置１２ａ〜１２ｃによる負荷に対する出力電流よりも大きい場合、変換機１４ａの共通電流バランス端子ＣＢ０の電圧Ｖ３は変換機１４ｂの共通電流バランス端子ＣＢ０の電圧Ｖ４より大きくなり、共通電流バランス線２５に変換機１４ａから変換機１４ｂに向かって電流ｉｂが流れる。

このため、変換機１４ａの抵抗Ｒ９ａを通って共通電流バランス線２５に流れ出す電流ｉｂによってプラス極性の電圧Ｖ５が発生して差動入力増幅回路４４に入力し、差動入力増幅回路４４で反転されてマイナス極性の電圧となり、抵抗Ｒ１０を介して電流バランス端子ＣＢ１の電圧Ｖ１を低下させる方向に補正する。

これによって電源装置１０ａの電流バランス端子ＣＢ１から流れ出す電流を増加させ、電源装置１０ａ〜１０ｃに設けている例えば図２の回路図に示した抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂを通って流れ出る電流が増加し、これによって差動入力増幅回路３２に対する出力検出電圧を増加させる補正を行い、電源装置１０ａ〜１０ｃは出力電圧を減少させるようにスイッチング動作を行う。このため、電源装置１０ａ〜１０ｃのブロックＡによる負荷に対する出力電流は減少するようになる。

これに対しブロックＢにあっては、共通電流バランス線２５からの電流ｉｂが抵抗Ｒ９ｂに流れ込むことでマイナス極性の電圧Ｖ６を発生し、差動入力増幅回路４４でプラス極性に反転することで、抵抗Ｒ１０を介して電流バランス端子ＣＢ２の電圧Ｖ２を増加させる方向に補正する。

このため、変換機１４ｂの電圧Ｖ２が電源装置１２ａ〜１２ｃの電流バランス端子ＣＢ２の電流バランス電圧より高くなって、電流が電源装置１２ａ〜１２ｃ側に流れ込み、図２の電源装置の回路構成から明らかなように、電源装置１２ａ〜１２ｃは出力電圧を増加させる方向にスイッチング制御して、ブロックＢによって負荷に供給する出力電流を増加させることになる。

このようにして、ブロックＡとブロックＢのそれぞれのブロック単位の出力電流をバランスさせる電流バランス制御が行われることになる。

図５は本発明による並列運転電源システムの他の実施形態を示したブロック図であり、この実施形態にあっては、安定化制御に使用する基準電圧の設定制御を行うようにしたことを特徴とする。

図５において、ブロックＡ，ブロックＢに分けて電源装置１０ａ〜１０ｃ、電源装置１２ａ〜１２ｃを設けた点は図１の実施形態と同じであり、更にブロックＡ，ブロックＢにつき変換機４６ａ，４６ｂを設けた点も図１の実施形態と同じである。

電源装置１０ａ〜１０ｃ及び１２ａ〜１２ｃは、電流バランス制御を行う電流バランス端子ＣＢ１に加え、安定化制御にする基準電圧を共通化するための基準電圧バランス端子ＶＢ１を新たに設けており、基準電圧バランス端子ＶＢ１は基準電圧バランス線３５により相互接続している。この点はブロックＢの電源装置１２ａ〜１２ｃについても同様に、基準電圧バランス端子ＶＢ２を設け、基準電圧バランス線３５により相互接続している。

また変換機４６ａ，４６ｂについても、ブロック単位での電流バランス制御を行うための電流バランス端子ＣＢ１，ＣＢ２と共通電流バランス端子ＣＢ０に加え、ブロック間で基準電圧の共通化制御を行うための基準電圧バランス端子ＶＢ１と共通基準電圧バランス端子ＶＢ０を設けている。

変換機４６ａ，４６ｂの電源装置側の基準電圧バランス端子ＶＢ１は、基準電圧バランス線３５に接続される。また共通基準電圧バランス端子ＶＢ０は、共通基準電圧バランス線４５により相互接続されている。

図６は図４の電源ブロックＡ内の電源装置１０ａ，１０ｂを例に取って電源装置の実施形態を示した回路図である。図６において、例えば電源装置１０ａを例に取ると、差動入力増幅回路３２に基準電圧Ｖｒ１１を入力する基準電圧設定回路としてシャントレギュレータＩＣ４８ａを設け、シャントレギュレータＩＣ４８ａのプラス側を抵抗Ｒ１１を介して補助電源Ｖｓに接続し、またシャントレギュレータＩＣ４８ａに対し抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３の分圧回路により発生する基準電圧Ｖｒ１１の値を設定している。

更にシャントレギュレータＩＣ４８ａから出力する差動入力増幅回路３２に対する基準電圧Ｖｒ１１は共通基準電圧バランス端子ＶＢ１に分岐接続され、基準電圧バランス線３５を介して電源装置１０ｂの基準電圧バランス端子ＶＢ１に接続している。このような基準電圧設定回路以外の構成は、図２の実施形態と同じである。

図７は複数の基準電圧設定回路を相互接続した場合の基準電圧設定制御の説明図である。図７にあっては、電源装置１０ａ〜１０ｎのそれぞれに設けた電源電圧設定回路のみを取り出して基準電圧バランス端子ＶＢ１を基準電圧バランス線３５で相互接続した状態を示している。

ここで、それぞれのシャントレギュレータＩＣ４８ａ〜４８ｎが発生する基準電圧をＶｒ１〜Ｖｒｎとすると、これらの基準電圧のうち最も低い設定基準電圧を持つシャントレギュレータＩＣ、例えば電源装置１０ｎのシャントレギュレータＩＣ４８ｎに向かって、他の電源装置１０ａ，１０ｂより、それぞれの基準電圧バランス端子ＶＢ１から基準電圧バランス線３５を介して矢印で示すように電流が流れ込む。これによって電源装置１０ａ〜１０ｎの基準電圧Ｖｒ１〜Ｖｒｎは、一番低い設定値を持つ例えば電源装置１０ｎのシャントレギュレータＩＣ４８ｎの設定電圧に固定されることになる。

このため、複数の電源装置のシャントレギュレータＩＣの設定電圧として特定の電源装置の設定電圧を共通基準電圧に設定し、残りの他の電源装置の設定電圧をそれより大きい設定電圧としておけば、最も低い設定電圧を持つシャントレギュレータＩＣの電圧に他の基準電圧を固定することができる。

また、最も低い基準電圧を設定しているシャントレギュレータＩＣにおける基準電圧を調整すれば、他の電源装置の基準電圧を連動して調整することができる。即ち、最も低い基準電圧を設定している電源装置のシャントレギュレータＩＣがマスタとなり、他の電源装置のシャントレギュレータＩＣをスレーブとして、基準電圧を連動制御させることができる。

なお、設定電圧が最も低いシャントレギュレータに基準電圧を固定する制御にあっては、基準電圧の最も低いシャントレギュレータに、図７に示したように他の電源装置より基準電圧バランス線３５を介して電流が流れ込んでくるため、並列接続する電源装置の台数に比例してシャントレギュレータＩＣの損失が増加することから、この許容損失によって並列台数の最大数が決まることになる。

図８は図４の変換機４６ａ，４６ｂの実施形態を示した回路図である。図８において、例えばブロックＡに設けた変換機４６ａを例に取ると、シャントレギュレータＩＣ５０ａのプラス側を補助電源Ｖｓに抵抗Ｒ１４を介して接続すると共に、抵抗Ｒ１５，可変抵抗ＶＲ３の分圧電圧で基準電圧を設定した基準電圧設定回路が設けられている。

この基準電圧設定回路におけるシャントレギュレータＩＣ５０ａの基準電圧出力ラインは、共通基準電圧バランス端子ＶＢ０に接続され、共通基準電圧バランス線４５によりブロックＢの変換機４６ｂの共通基準電圧バランス端子ＶＢ０に接続されている。

シャントレギュレータＩＣ５０ａから発生した基準電圧Ｖｒ３は、抵抗Ｒ１６と可変抵抗ＶＲ４の直列回路で分圧され、オペアンプ（入力インピーダンス無限大）５２を介して基準電圧バランス端子ＶＢ１から電源装置１０ａ〜１０ｃの基準電圧バランス端子ＶＢ１に基準電圧バランス線３５により接続されている。

ブロックＢの変換機４６ｂについても同じ回路構成であり、そこに設けているシャントレギュレータＩＣとして符号５０ｂを使用しており、シャントレギュレータＩＣ５０ｂから出力する基準電圧をＶｒ４としている。

次に図８における共通基準電圧設定制御を説明する。まずブロックＡ，Ｂに設けている変換機４６ａ，４６ｂのうち、いずれか一方、例えば変換機４６Ｂの基準電圧Ｖｒ４を共通基準電圧に設定する。

変換機４６ｂで所定の共通基準電圧Ｖｒ４を設定したならば、ブロックＡに設けている変換機４６ａの基準電圧Ｖｒ３については、それより高い電圧となるように可変抵抗ＶＲ３を調整する。更に、ブロックＡに設けている電源装置１０ａ〜１０ｃ、及びブロックＢに設けている電源装置１２ａ〜１２ｃのいずれについても、変換機４６ｂの共通基準電圧Ｖｒ４より高い基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２となるように設定する。具体的には、電源装置１０ａ〜１０ｃ、１２ａ〜１２ｃについては、それぞれの基準電圧設定回路における最大基準電圧を設定しておけばよい。

このような変換機４６ｂにおける基準電圧Ｖｒ４を共通基準電圧とした設定状態にあっては、変換機４６ａの基準電圧Ｖｒ３の方が共通基準電圧Ｖｒ４より高いことから、共通基準電圧バランス線４５を通って変換機４６ｂに電流ｉｂが流れ込み、変換機４６ａのシャントレギュレータＩＣ５０ａによる基準電圧は設定電圧Ｖｒ３からそれより低い共通基準電圧Ｖｒ４に固定される。

したがって、変換機４６ａ，４６ｂのオペアンプ５２に対する基準電圧は共通基準電圧Ｖｒ４となる。この共通基準電圧Ｖｒ４はオペアンプ５２を介して、それぞれの基準電圧バランス線３５から電源装置１０ａ〜１０ｃ，１２ａ〜１２ｃの基準電圧バランス端子ＶＢ１，ＶＢ２に加わり、それぞれの基準電圧設定回路の基準電圧は共通基準電圧Ｖｒ４より高いことから、変換機４６ａ，４６ｂに向かって、それぞれ基準電圧バランス線３５を通って電流が流れ、電源装置１０ａ〜１０ｃ，１２ａ〜１２ｃの基準電圧は共通基準電圧Ｖｒ４に固定される。

この結果、ブロックＢの変換機４６ｂをマスタとして、同じブロックＢの電源装置１２ａ〜１２ｃはもちろんのこと、他のブロックＡの電源装置１０ａ〜１０ｃについても共通基準電圧Ｖｒ４を設定し、それぞれの電源装置における電源安定化制御の精度を高めることができる。

なお上記の実施形態は、図１または図５に示したように、複数の電源装置と変換機を備えた２ブロック構成を例に取るものであったが、このブロック数は必要に応じて２以上の適宜のブロック数とすることができる。

またブロック数を複数とした場合には、ブロックをまとめて更にブロック化することで、これを繰り返す階層構造を持たせることができる。例えば８ブロックで構成された場合には、２ブロック単位に上位ブロックを構成し、更に４ブロック単位に上位ブロック化し、更に４ブロックを１つにまとめて上位ブロックとする階層ブロック構造を構築し、ブロック間の接続部分に図１または図５の実施形態に示したと同様な変換機を配置すればよい。

また差動入力増幅回路３０，３２，４４は差動入力増幅回路２８と同様に、オペアンプなどで構成した任意のゲインをもつ差動入力増幅回路である。

また本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

本発明による並列運転電源システムの実施形態を示したブロック図図１の電源ブロック内の電源装置の実施形態を示した回路図出力電流に対する電流バランス電圧の特性図図１の変換機の実施形態を示した回路図本発明による並列運転電源システムの他の実施形態を示したブロック図図５の電源ブロック内の電源装置の実施形態を示した回路図複数の基準電圧設定回路を相互接続した場合の共通基準電圧設定制御の説明図図５の変換機の実施形態を示した回路図従来の並列運転電源システムを示したブロック図従来の並列運転電源システムの他の例を示したブロック図

符号の説明

１０ａ〜１０ｃ，１２ａ〜１２ｃ：電源装置
１４ａ，１４ｂ，４６ａ，４６ｂ：変換機
１５：電流バランス線
１６：負荷
１８ａ，１８ｂ：入力端子
２０：ダイオードブリッジ
２２：制御ＩＣ
２４：トランス
２５：共通電流バランス線
２６：スイッチング素子
２８，３０，３２，４４：差動入力増幅回路
４０，４２，５２：オペアンプ
３４：基準電圧源
３５：基準電圧バランス線
３６：フォトダイオード
３８：フォトトランジスタ
４０，４２，５２：オペアンプ
４５：共通基準電圧バランス線
４８ａ〜４８ｎ，５０ａ，５０ｂ：シャントレギュレータＩＣ

Claims

負荷に対し複数の電源装置の出力を並列接続すると共に各電源装置に設けた電流バランス端子を電流バランス線により相互接続して出力電流をバランス制御する並列運転電源システムに於いて、
複数の電源装置をブロック単位にまとめ、ブロック内の各電源装置の電流バランス端子を電流バランス線により相互接続してブロック単位に出力電流をバランス制御する複数のブロックと、
前記複数のブロック毎に設けられて共通電流バランス線により相互接続され、ブロック相互間で出力電流をバランス制御する複数の変換機とを備え、
前記変換機は、前記ブロック内の複数の電源装置の負荷率による電流バランス検出電圧特性を、前記複数のブロックの負荷率による電流バランス検出電圧特性に変換する変換回路を備え、
前記変換回路は、
前記ブロック内の電流バランス検出電圧を入力してブロック間で共通な共通電流バランス検出電圧に変換する第１電圧変換回路と、
自己の共通電流バランス検出電圧と他のブロックの共通電流バランス検出電圧との差電圧を検出し、前記差電圧を反転した変換電圧をブロック内の電流バランス検出電圧に加えて補正する第２電圧変換回路とを備えたこと、
を特徴とする並列運転電源システム。
請求項１記載の並列運転電源システムに於いて、前記第１電圧変換回路は、前記ブロック内の電流バランス検出電圧からブロック間で共通な共通電流バランス検出電圧に変換する変換特性を可変する調整回路を備えたことを特徴とする並列運転電源システム。
請求項１記載の並列運転電源システムに於いて、複数の電源装置を階層的にブロック化し、各階層のブロック毎に前記変換機を設けてブロック相互間で出力電流をバランス制御することを特徴とする並列運転電源システム。
請求項１記載の並列運転電源システムに於いて、
前記複数のブロック内の複数の電源装置は、安定化制御に使用する基準電圧設定回路の基準電圧を外部に出力する基準電圧端子を備え、各基準電圧端子を基準電圧バランス線により相互接続して異なる基準電圧の中の最も低い基準電圧となるように各基準電圧設定回路を設定制御し、
前記複数のブロックの変換機は、自己のブロックに共通基準電圧を設定する共通基準電圧設定回路と、前記基準電圧設定回路の基準電圧を外部に出力する共通基準電圧端子とを備え、前記各共通基準電圧端子を共通基準電圧バランス線により相互接続して異なる共通基準電圧の中の最も低い共通基準電圧となるように各共通基準電圧設定回路を設定制御し、更に各ブロック内の複数の電源装置の基準電圧を前記最も低い共通基準電圧となるように各基準電圧設定回路を設定制御することを特徴とする並列運転電源システム。