JP5562902B2 - 電源装置、電源システム、および電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置、電源装置を使用した電源システム、電源装置を使用した電子装置に関し、特に、オアリング接続時のオアリングスイッチ素子の故障検出に関するものである。

一般的な電子回路に電源装置が内蔵されている。電源装置は、その信頼性向上のため、複数の電源装置の出力をオアリング接続する冗長構成をとる場合がある。冗長構成の電源装置は、電源装置の一部が故障した場合においても、故障電源を切り離し、電子回路の動作を継続させることが可能なため電子装置の信頼性を大きく向上することができる。

複数の電源装置をオアリング接続した際に、故障電源を切り離す具体的な方式として、例えば、特開２０１０−１１００７７号公報（特許文献１）に記載されているような、電源装置の出力にＭＯＳ−ＦＥＴなどのオアリングスイッチ素子を搭載する方式が知られている。

図５に従来技術を用いた電源装置の例を示す。図５は従来技術を用いた電源装置の構成を示す構成図である。

図５に示す電源装置３０１は、交流電源３０２を電源入力３０４ａ、３０４ｂに接続し、電源入力３０４ａ、３０４ｂを電圧変換回路の一種であるＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の電源入力３０８ａ、３０８ｂに接続している。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の＋側の電源出力３０９ａをオアリングスイッチ素子３１２に接続し、オアリングスイッチ素子３１２を電源装置３０１の＋側の電源出力３０５ａに接続し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の−側の電源出力３０９ｂを電源装置３０１の−側の電源出力３０５ｂに接続し、オアリング制御回路３１１をオアリングスイッチ素子３１２に接続している。

また、電源装置３０１のオン信号入力３０６をＡＣ／ＤＣコンバータ３２０のオン信号入力３１０に接続し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の故障信号出力３５０を電源装置３０１の故障信号出力３５１に接続した構成である。

また、電源装置３２１は、電源装置３０１と同一の内部回路構成を持ち、交流電源３２２を電源入力３２４ａ、３２４ｂに接続し、オン信号入力３６１、故障信号出力３６２を有している。

また、オン信号入力３０６、３６１、故障信号出力３５１、３６２は制御回路３８０と接続されており、制御回路３８０により電源装置３０１、３２１のオアリング接続の制御を行っている。

また、電源装置３０１の電源出力３０５ａ、３０５ｂは、電源装置３２１の電源出力３２５ａ、３２５ｂへオアリング接続した上で、負荷３０３に接続されている。

ここで、図５の電源装置の回路動作について説明する。ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０は、オン信号入力３１０がＨレベルの時、オン状態となり、交流電源３０２の交流電圧を電圧変換して、電源出力３０９ａ、３０９ｂへ直流電圧Ｖａを出力するものである。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０は、オン信号入力３１０がＬレベルの時、オフ状態となり、回路動作が停止し、電源出力３０９ａ、３０９ｂは高インピーダンスの開放状態となる。

オアリング制御回路３１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の直流出力電圧Ｖａと負荷３０３の電圧Ｖｏを監視しており、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の直流出力電圧Ｖａが負荷３０３の電圧Ｖｏと同一電圧、または電圧Ｖｏを超過した場合に、オアリングスイッチ素子３１２をオンにして導通状態にする。

また、オアリング制御回路３１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の直流出力電圧Ｖａが負荷３０３の電圧Ｖｏより低い場合は、オアリングスイッチ素子３１２をオフにして遮断状態とするようになっている。

特開２０１０−１１００７７号公報

しかしながら、図５に示した従来技術を用いた電源装置では、オアリングスイッチ素子３１２が短絡故障していた場合に、短絡故障を検出することができず、電源の冗長が成立しないという問題がある。

一例として、電源装置３０１の定格出力が１２Ｖ、１０Ａ、電源装置３２１の定格出力が１２Ｖ、１０Ａ、負荷３０３の定格が１２Ｖ、５Ａ、負荷３０３の入力電圧Ｖｏの正常動作範囲が１２Ｖ±１０％、電源装置３０１のオアリングスイッチ素子３１２がインピーダンス１ｍΩの短絡故障状態、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０がオフ時の出力インピーダンスが１２ｋΩ、電源装置３２１がオン状態を保持、電源装置３０１のオン信号入力３０６がＬレベルからＨレベルに遷移した場合を想定する。

まず、電源装置３０１のオン信号入力３０６が遷移前のＬレベルにおける動作を説明する。

この状態において電源装置３２１はオン状態であり、電源入力３２４ａ、３２４ｂには、交流電源３２２が入力され、電源出力３２５ａ、３２５ｂへ定格電圧である１２Ｖを出力する。オン信号入力３０６がＬレベルであるため、電源装置３０１はオフ状態であり、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の電源出力３０９ａ、３０９ｂの出力インピーダンスは１２ｋΩの高インピーダンスである。

オアリングスイッチ素子３１２は１ｍΩの低インピーダンスで短絡故障しているが、短絡故障のインピーダンスの値がＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の出力インピーダンスが１２ｋΩの１２００万分の１であり事実上無視することができるため、電源出力３０５ａ、３０５ｂの出力インピーダンスは１２ｋΩとして検討して良い。

オフ状態の電源装置３０１に流れ込む電流は負荷３０３の入力電圧Ｖｏと電源出力３０５ａ、３０５ｂの出力インピーダンスにより計算でき、１２Ｖ／１２ｋΩ＝１ｍＡである。負荷３０３のインピーダンスは定格電圧、定格電流より、１２Ｖ／５Ａ＝２．４Ωである。

電源装置３２１が出力する電流は、負荷３０３の負荷電流と電源装置３０１に流れ込む電流の合計５Ａ＋１ｍＡ＝５．００１Ａとなるが、これは電源装置３２１の定格電流１０Ａと比較して小さな値であり、電源装置３２１は給電電流不足になることなく、負荷３０３へ給電される電圧Ｖｏは定格電圧である１２Ｖに維持され、負荷３０３の正常動作範囲１２Ｖ±１０％を満たすことから、負荷３０３は正常に動作している。

この状態から、次に電源装置３０１のオン信号入力３０６がＬレベルからＨレベルに遷移した場合の動作を説明する。

電源装置３０１は、オン信号入力３０６がＬレベルからＨレベルに遷移したことにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２０がソフトスタート動作に入り、電源出力３０９ａ、３０９ｂを０Ｖから定格電圧１２Ｖへ上昇させようとするが、オン信号入力３０６がＬレベルからＨレベルに遷移した直後はＡＣ／ＤＣコンバータ３２０の出力電圧は０Ｖである。この際、オアリングスイッチ素子３１２は１ｍΩの低インピーダンスで短絡故障しているため、出力電圧の高い電源装置３２１から電源装置３０１へ大電流が流れる。

流れる電流は電源装置３２１と電源装置３０１の電位差とオアリングスイッチ素子３１２の短絡インピーダンスにより計算でき具体的には、（１２Ｖ−０Ｖ）／１ｍΩ＝１２０００Ａの電流が流れようとする。

しかし、電源装置３２１の定格電流は１０Ａであるため、１２０００Ａの給電は不可能であり、電源装置３２１は過負荷となり、出力電圧が０Ｖ付近まで低下を引き起こし、負荷３０３へ給電される電圧Ｖｏも０Ｖ付近まで低下する。

その結果、負荷３０３の入力電圧Ｖｏは正常動作範囲１２Ｖ±１０％を満たせなくなることから、負荷３０３の動作は停止する結果となり、電源の冗長は成立しないことになる。

以上に説明した通り、図５に示した従来技術の電源装置では、オアリングスイッチ素子が短絡故障している電源装置の電源を投入した際に、負荷へ給電される電圧が低下し、負荷の動作が継続できないため、電源の冗長が成立しないことになるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、オアリング用のオアリングスイッチ素子を用いた電源装置のオアリングスイッチ素子自体の故障を検出することができ、その検出結果に基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータのオン信号の制御を行うことができる電源装置、電源システム、および電子装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、代表的なものの概要は、電源装置において、負荷の電圧が第１の基準電圧を越え、オアリングスイッチ素子の入力側と出力側の電位差が第２の基準電圧以下であり、かつ電圧変換回路に入力されるオン信号が電圧変換回路の変換動作を停止させる信号の場合に、オアリングスイッチ素子の故障を示すオアリングスイッチ素子故障信号を出力する第１の論理回路とを備えたものである。

また、電源システムにおいて、負荷の電圧が第１の基準電圧を越え、オアリングスイッチ素子の入力側と出力側の電位差が第２の基準電圧以下であり、かつ電圧変換回路に入力されるオン信号が電圧変換回路の変換動作を停止させる信号の場合に、オアリングスイッチ素子の故障を示すオアリングスイッチ素子故障信号を出力する第１の論理回路を有する２つ以上のオアリング接続された電源装置と、電源装置のオアリング制御を行う制御回路とを備え、制御回路は、オアリングスイッチ素子故障信号に基づいて、複数の電源装置のオアリングスイッチ素子の故障を検出するものである。

また、電子装置において、負荷の電圧が第１の基準電圧を越え、オアリングスイッチ素子の入力側と出力側の電位差が第２の基準電圧以下であり、かつ電圧変換回路に入力されるオン信号が電圧変換回路の変換動作を停止させる信号の場合に、オアリングスイッチ素子の故障を示すオアリングスイッチ素子故障信号を出力する第１の論理回路とを有する２つ以上のオアリング接続された電源装置と、電源装置のオアリング制御を行う制御回路と、オアリング接続された電源装置に接続され、電源装置から電源が供給される電子回路とを備えるものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

すなわち、代表的なものによって得られる効果は、電源装置に内蔵されたオアリングスイッチ素子の短絡故障を検出することが可能となるため、信頼性の高い電源装置、電源システム、電子装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態３に係る電源システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態４に係る電子装置の構成を示す構成図である。 従来技術を用いた電源装置の構成を示す構成図である。

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。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
＜電源装置の構成＞
図１により、本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成を示す構成図である。

図１において、電源装置１は、オアリング制御回路１１、オアリングスイッチ素子１２、第１の基準電圧１３、第１のコンパレータ１４、差動アンプ１５、第２の基準電圧１６、第２のコンパレータ１７、第１の論理回路１８、第２の論理回路１９、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０から構成され、電源入力４ａ、４ｂ、電源出力５ａ、５ｂ、オン信号入力６、オアリングスイッチ素子故障信号出力７、故障信号出力５１の各端子を備えている。

また、電源装置２１は電源装置１と同様の構成で、電源入力２４ａ、２４ｂ、電源出力２５ａ、２５ｂ、オン信号入力６１、オアリングスイッチ素子故障信号出力６２、故障信号出力６３の各端子を備えている。

また、電源装置１、２１には、電源装置１、２１からの故障信号などに基づいて、オン信号を制御する制御回路８０が接続されており、電源装置１、２１のオアリング制御を行っている。

＜電源装置内の接続＞
次に、電源装置内の接続について説明する。

まず、電源装置１は、交流電源２を電源入力４ａ、４ｂに接続し、電源入力４ａ、４ｂを電圧変換回路の一種であるＡＣ／ＤＣコンバータ２０の電源入力８ａ、８ｂに接続している。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の＋側の電源出力９ａをオアリングスイッチ素子１２に接続し、オアリングスイッチ素子１２を電源装置１の＋側の電源出力５ａに接続し、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の−側の電源出力９ｂを電源装置１の−側の電源出力５ｂに接続している。

また、オアリング制御回路１１をオアリングスイッチ素子１２に接続し、オアリングスイッチ素子１２の出力を第１のコンパレータ１４の＋入力へ接続し、第１の基準電圧１３を第１のコンパレータ１４の−入力へ接続している。

また、オアリングスイッチ素子１２の入出力を差動アンプ１５に接続し、差動アンプ１５の出力を第２のコンパレータ１７の−入力に接続し、第２の基準電圧１６を第２のコンパレータ１７の＋入力に接続している。

また、第１のコンパレータ１４の出力と第２のコンパレータ１７の出力を第１の論理回路１８に接続し、第１の論理回路１８の出力はオアリングスイッチ素子故障信号として出力されている。

また、電源装置１のオン信号入力６と反転した第１の論理回路の出力を第２の論理回路１９に接続し、第２の論理回路１９の出力をＡＣ／ＤＣコンバータ２０のオン信号入力１０に接続し、また、反転した第２の論理回路１９の出力を第１の論理回路１８に接続している。

また、電源装置２１は、電源装置１と同一の内部回路構成を持ち、交流電源２２を電源入力２４ａ、２４ｂに接続した構成である。また、電源装置１の電源出力５ａ、５ｂは、電源装置２１の電源出力２５ａ、２５ｂへオアリング接続した上で、負荷３に接続されている。

＜電源装置の動作＞
次に、図１により、本発明の実施の形態１に係る電源装置の動作について説明する。

まず、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、オン信号入力１０がＨレベルの時、オン状態となり、交流電源２の交流電圧を電圧変換して、電源出力９ａ、９ｂへ直流電圧Ｖａを出力する。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、オン信号入力１０がＬレベルの時、オフ状態となり、回路動作が停止し、電源出力９ａ、９ｂは高インピーダンスの開放状態となる。

オアリング制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の直流出力電圧Ｖａと負荷３の電圧Ｖｏを監視し、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の直流出力電圧Ｖａが負荷３の電圧Ｖｏと同一電圧もしくは、電圧Ｖｏを超過した場合、オアリングスイッチ素子１２をオンして導通状態にする。

また、オアリング制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の直流出力電圧Ｖａが負荷３の電圧Ｖｏより低い場合はオアリングスイッチ素子１２をオフして遮断状態とする。

第１のコンパレータ１４は、オアリングスイッチ素子１２の出力電圧Ｖｏと第１の基準電圧１３を比較し、オアリングスイッチ素子１２の出力電圧Ｖｏが第１の基準電圧１３より高い場合はＨレベルを出力し、オアリングスイッチ素子１２の出力電圧Ｖｏが第１の基準電圧１３以下の場合はＬレベルを出力する。

差動アンプ１５は、オアリングスイッチ素子１２の入出力が接続されており、オアリングスイッチ素子１２の出力電圧Ｖｏからオアリングスイッチ素子１２の入力電圧Ｖａを減算した電圧を出力する。

第２のコンパレータ１７は差動アンプ１５の出力電圧と第２の基準電圧１６を比較し、差動アンプ１５の出力電圧が第２の基準電圧１６以下より低い場合はＨレベルを出力し、差動アンプ１５の出力電圧が第２の基準電圧１６以上の場合はＬレベルを出力する。

第１の論理回路１８は、第１のコンパレータ１４と第２のコンパレータ１７の２つの出力が何れもＨレベル、かつＡＣ／ＤＣコンバータのオン信号入力１０がＬレベルの時の条件のみＨレベルを出力し、それ以外の条件ではＬレベルを出力する。

この第１の論理回路１８の出力がオアリングスイッチ素子故障信号となり、出力がＨレベルの時にはオアリングスイッチ素子の故障を示し、Ｌレベルの時にはオアリングスイッチ素子の故障を示していない状態である。

第２の論理回路１９は、第１の論理回路１８の出力がＬレベル、かつオン信号入力６がＨレベルの条件のみＨレベルを出力し、それ以外の条件ではＬレベルを出力する。

すなわち、第１の論理回路１８から出力されるオアリングスイッチ素子故障信号が、オアリングスイッチ素子の故障を示していないＬレベルの時には、オン信号入力６からのオン信号を出力し、オアリングスイッチ素子の故障を示しているＨレベルの時には、オン信号入力６からのオン信号に関係なくＬレベルを出力するようになっている。

なお、第１の論理回路１８の出力は、オアリングスイッチ素子故障信号出力７に接続されており、オアリングスイッチ素子１２が正常の場合はＬレベル、オアリングスイッチ素子１２が故障した場合はＨレベルが外部に出力されることになる。

＜電源回路の動作の具体例＞
次に、図１により、本発明の実施の形態１に係る電源装置の動作の具体例について説明する。

まず、電源装置１のオアリングスイッチ素子１２が正常な場合の動作について説明する。

一例として、電源装置１の定格出力が１２Ｖ、１０Ａ、電源装置２１の定格出力が１２Ｖ、１０Ａ、負荷３の定格が１２Ｖ、５Ａ、負荷３の入力電圧Ｖｏの正常動作範囲が１２Ｖ±１０％、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０がオフ時の出力インピーダンスが１２ｋΩ、第１の基準電圧１３が１０Ｖ、第２の基準電圧１６が１Ｖ、電源装置２１がオン状態を保持、電源装置１のオン信号入力６がＬレベルからＨレベルに遷移した場合を想定する。

まず、電源装置１のオン信号入力６が遷移前のＬレベルにおける動作を説明する。

この状態において電源装置２１はオン状態であり、電源入力２４ａ、２４ｂには、交流電源２２が入力され、電源出力２５ａ、２５ｂへ定格電圧である１２Ｖを出力している。

電源装置１のオン信号入力６はＬレベルであるため、第２の論理回路１９の出力がＬレベルとなり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０のオン信号入力１０がＬレベルになるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０はオフ状態となり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の直流出力電圧Ｖａは０Ｖとなる。

オアリング制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の直流出力電圧Ｖａが負荷３の電圧Ｖｏ＝１２Ｖより低いため、オアリングスイッチ素子１２がオフされ、オアリングスイッチ素子１２は遮断状態となり、電源装置１を負荷３から電気的に切り離した状態になっている。

電源装置１が電気的に負荷３から切り離されているため、電源装置２１が出力する電流は、負荷３の負荷電流と同一の５Ａとなるが、これは電源装置２１の定格電流１０Ａと比較して小さな値であり、電源装置２１は給電電流不足になることなく、負荷３へ給電される電圧Ｖｏは定格電圧である１２Ｖに維持され、負荷３の正常動作範囲１２Ｖ±１０％を満たすことから、負荷３は正常に動作している。

この状態では、第１のコンパレータ１４の正側入力は負荷３の給電電圧Ｖｏと同一の１２Ｖ、負側入力は第１の基準電圧１３である１０Ｖであることから、第１のコンパレータ１４の出力はＨレベルとなる。

差動アンプ１５はオアリングスイッチ素子１２の出力電圧Ｖｏからオアリングスイッチ素子１２の入力電圧Ｖａを減算した電圧である、１２Ｖ−０Ｖ＝１２Ｖを出力する。第２のコンパレータ１７の負側入力は差動アンプ１５の出力電圧である１２Ｖ、正側入力は第２の基準電圧１６である１Ｖであることから、第２のコンパレータ１７の出力はＬレベルとなる。

第１の論理回路１８の出力は、第２のコンパレータ１７の出力がＬレベルであることから、Ｌレベルを出力し、オアリングスイッチ素子故障信号出力７はＬレベルとなる。

次に、電源装置１のオン信号入力６がＬレベルからＨレベルに遷移した場合の動作を説明する。

オン信号入力６がＨレベル、第１の論理回路１８の出力がＬレベルであることから、第２の論理回路１９の出力がＬレベルからＨレベルに遷移し、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０のオン信号入力１０もＬレベルからＨレベルに遷移する。

その結果、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０がオン状態となり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０がソフトスタート動作に入り、電源出力９ａ、９ｂの電圧Ｖａを０Ｖから定格電圧１２Ｖへ上昇させるが、Ｖａが１２Ｖに到達するまでは、オアリング制御回路１１はＡＣ／ＤＣコンバータ２０の直流出力電圧Ｖａが負荷３の電圧Ｖｏ＝１２Ｖより低いため、オアリングスイッチ素子１２をオフして、負荷３側から電源装置１側へ電流が流れ込むことが抑止される。

その結果、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０のソフトスタート動作時に電源装置２１から電源装置１へ大電流が流れることなく、負荷３へ給電される電圧Ｖｏは１２Ｖを維持することから、負荷３は正常に動作を継続する。

また、上記以外の起動条件として想定される、電源装置２１がオフ状態において、電源装置１のオン信号入力６がＬレベルからＨレベルへ遷移した場合、すなわち電源装置１および電源装置２１がオフ状態において、電源装置１を起動した場合の動作について説明する。

オン信号入力６の遷移前は電源装置１および電源装置２１がオフ状態であるため、負荷３の電圧Ｖｏが０Ｖであり、第１のコンパレータ１４の正側入力はＶｏと同一の０Ｖであり、第１のコンパレータ１４の負側入力は第１の基準電圧である１０Ｖとなるため、第１のコンパレータ１４の出力はＬレベルとなる。

その結果、第１の論理回路１８の出力がＬレベルとなるため、上記で説明した電源装置２１がオン状態の場合と同様にＡＣ／ＤＣコンバータ２０がオン状態に遷移し、電源装置１が起動される。

次に、電源装置１のオアリングスイッチ素子１２が短絡故障を起こした場合の動作について説明する。

一例として、電源装置１の定格出力が１２Ｖ、１０Ａ、電源装置２１の定格出力が１２Ｖ、１０Ａ、負荷３の定格が１２Ｖ、５Ａ、負荷３の入力電圧Ｖｏの正常動作範囲が１２Ｖ±１０％、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０がオフ時の出力インピーダンスが１２ｋΩ、第１の基準電圧１３が１０Ｖ、第２の基準電圧１６が１Ｖ、電源装置２１がオン状態を保持、電源装置１のオン信号入力６がＬレベルからＨレベルに遷移した場合を想定する。

これらは、上記の電源装置１のオアリングスイッチ素子１２が正常な場合の動作を説明した時と同一の想定条件である。更に、電源装置１のオアリングスイッチ素子１２はインピーダンス１ｍΩの短絡故障状態を想定する。

まず、電源装置１のオン信号入力６が遷移前のＬレベルにおける動作を説明する。

この状態において電源装置２１はオン状態であり、電源入力２４ａ、２４ｂには、交流電源２２が入力され、電源出力２５ａ、２５ｂへ定格電圧である１２Ｖを出力する。電源装置１のオン信号入力６はＬレベルであるため、第２の論理回路の出力がＬレベルとなり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０のオン信号入力１０がＬレベルになるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０はオフ状態となり、電源出力９ａ、９ｂの出力インピーダンスは１２ｋΩの高インピーダンスである。

オアリングスイッチ素子１２は１ｍΩの低インピーダンスで短絡故障しているが、短絡故障のインピーダンスの値がＡＣ／ＤＣコンバータ２０の出力インピーダンスが１２ｋΩの１２００万分の１であり事実上無視することができるため、電源出力５ａ、５ｂの出力インピーダンスは１２ｋΩとして検討して良い。

オフ状態の電源装置１に流れ込む電流は負荷３の入力電圧Ｖｏと電源出力５ａ、５ｂの出力インピーダンスにより計算でき、１２Ｖ／１２ｋΩ＝１ｍＡである。負荷３のインピーダンスは定格電圧、定格電流より、１２Ｖ／５Ａ＝２．４Ωである。

電源装置２１が出力する電流は、負荷３の負荷電流と電源装置１に流れ込む電流の合計５Ａ＋１ｍＡ＝５．００１Ａとなるが、これは電源装置２１の定格電流１０Ａと比較して小さな値であり、電源装置２１は給電電流不足になることなく、負荷３へ給電される電圧Ｖｏは定格電圧である１２Ｖに維持され、負荷３の正常動作範囲１２Ｖ±１０％を満たすことから、負荷３は正常に動作している。

この状態では、第１のコンパレータ１４の正側入力は負荷３の給電電圧Ｖｏと同一の１２Ｖ、負側入力は第１の基準電圧１３である１０Ｖであることから、第１のコンパレータ１４の出力はＨレベルとなる。

差動アンプ１５のオアリングスイッチ素子１２の出力電圧Ｖｏからオアリングスイッチ素子１２の入力電圧Ｖａを減算した電圧を出力するが、この電圧はオアリングスイッチ素子１２の短絡故障のインピーダンス１ｍΩと電源装置１に流れ込む電流１ｍＡとの積となるため、１ｍΩ×１ｍＡ＝１μＶである。第２のコンパレータ１７の負側入力は差動アンプ１５の出力電圧の１μＶ、正側入力は第２の基準電圧１６である１Ｖであることから、第２のコンパレータ１７の出力はＨレベルとなる。

第１の論理回路１８の出力は、第１のコンパレータ１４と第２のコンパレータ１７の２つの出力が何れもＨレベル、かつＡＣ／ＤＣコンバータ２０のオン信号入力１０がＬレベルであることからＨレベルを出力し、オアリングスイッチ素子故障信号出力７がＨレベルになっている。

次に、電源装置１のオン信号入力６がＬレベルからＨレベルに遷移した場合の動作を説明する。

第２の論理回路１９の出力は、オン信号入力６がＨレベル、第１の論理回路１８の出力がＨレベルであることから、Ｌレベル出力を保持し、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０のオン信号入力１０もＬレベルを保持することから、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の起動が抑止される。

その結果、電源出力５ａ、５ｂの出力インピーダンスは１２ｋΩを維持するため、電源装置２１から電源装置１へ大電流が流れることなく、負荷３へ給電される電圧Ｖｏも１２Ｖを維持することから、負荷３は正常に動作を継続する。

また、オアリングスイッチ素子故障信号出力７がＨレベルになることから、電源装置の外部に電源装置の異常を報告し、修理、交換、保守などの適切な処置を迅速に行うことができる。

以上説明した通り、本実施の形態の電源装置を使用すれば、電源装置に内蔵した、オアリングスイッチ素子１２の短絡故障を電源投入前に検出可能となるため、信頼性の高い電源装置を提供することができる。

なお、オアリングスイッチ素子１２は、ＭＯＳ−ＦＥＴの他に、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴなどのスイッチ機能を持つ半導体やリレー、コンタクタなどの機械接点を有するスイッチなどを用いることが可能である。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１において、第２の論理回路１９を無くし、制御回路８０により、オアリングスイッチ素子故障信号出力７からのオアリングスイッチ素子故障信号に基づいて、オン信号を制御するようにしたものである。

＜電源装置の構成＞
図２により、本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成について説明する。図２は本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成を示す構成図である。

図２において、図１に示す実施の形態１の電源装置１に対して、第２の論理回路１９がなく、第１の論理回路１８の出力がオアリングスイッチ素子故障信号出力７のみに接続され、オン信号入力６がＡＣ／ＤＣコンバータ２０のオン信号入力１０のみに接続された構成であり、他の構成は実施の形態１と同様である。

＜電源回路の動作＞
本実施の形態の電源回路の動作は、実施の形態１と同様であり、電源装置１のオアリングスイッチ素子１２が短絡故障を起こした場合には、第１の論理回路１８の出力がＨレベルになるため、そのＨレベルを認識した制御回路８０は、電源装置１を動作させるための電源装置１へのオン信号のＬレベルからＨレベルへの遷移を中止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の起動を抑止することができる。

また、オアリングスイッチ素子故障信号出力７がＨレベルになることから、電源装置の外部に電源装置の異常を報告し、修理、交換、保守などの適切な処置を迅速に行うことができる。

以上説明した通り、本実施の形態の電源装置を使用すれば、電源装置に内蔵した、オアリングスイッチ素子１２の短絡故障を制御回路８０により電源投入前に検出可能となるため、信頼性の高い電源装置を提供することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１、２の電源装置が複数個並列接続された電源システムとしたものである。

図３により、本発明の実施の形態３に係る電源システムの構成について説明する。図３は本発明の実施の形態３に係る電源システムの構成を示す構成図である。

図３において、電源システム１０１は、電源装置１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃが並列接続されて構成され、電源装置１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを制御する制御回路１１０が接続されている。

電源装置１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃは、電源入力１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、電源出力１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを有し、電源システム入力１０２が、電源入力１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに接続され、電源出力１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが電源システム出力１０６に接続されている。

また、電源装置１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃは、実施の形態１、２の電源装置と同様に、オン信号入力、オアリングスイッチ素子故障信号出力、故障信号出力を有し、制御回路１１０に接続され（図示せず）、制御回路１１０により電源装置１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを制御している。

電源装置１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの構成および回路動作は、実施の形態１、２の電源装置１と同様である。

本実施の形態では、電源システム１０１は、実施の形態１、２の電源装置を使用していることから、実施の形態１、２と同様に電源装置に内蔵されたオアリングスイッチ素子の短絡故障を電源投入前に検出可能となるため、信頼性の高い電源装置、電源システム、電子装置を提供できる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１、２の電源装置に電子回路が接続された電子装置としたものである。

図４により、本発明の実施の形態４に係る電子装置の構成について説明する。図４は本発明の実施の形態４に係る電子装置の構成を示す構成図である。

図４において、電子装置２０１は、電源装置２０４ａ、２０４ｂが並列に接続接続されており、電源装置２０４ａ、２０４ｂを制御する制御回路２１０が接続され、電源装置２０４ａ、２０４ｂに電子回路２０６が接続されている。

電源装置２０４ａ、２０４ｂは、電源入力２０３ａ、２０３ｂ、電源出力２０５ａ、２０５ｂを有し、外部からの電源入力２０２が、電源入力２０３ａ、２０３ｂに接続され、電源出力２０５ａ、２０５ｂが電子回路２０６に接続されている。

電源装置２０４ａ、２０４ｂの構成および回路動作は、実施の形態１、２の電源装置１と同様である。

ここで、電子回路２０６は、例えば電子演算回路、メモリ回路、増幅回路、発振回路、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータなどのデジタル回路、アナログ回路を問わない全ての電子回路である。

また、電源装置２０４ａ、２０４ｂは、実施の形態１、２の電源装置と同様に、オン信号入力、オアリングスイッチ素子故障信号出力、故障信号出力を有し、電子装置２０１内部または外部の制御回路２１０に接続され（図示せず）、制御回路２１０により電源装置２０４ａ、２０４ｂが制御されている。

本実施の形態では、電子装置２０１内部の電源装置２０４ａ、２０４ｂに、実施の形態１、２の電源装置１を使用し、実施の形態１、２と同様の制御を行うことにより、電源装置に内蔵されたオアリングスイッチ素子の短絡故障を電源投入前に検出可能となるため、信頼性の高い電源装置、電源システム、電子装置を提供できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、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いうまでもない。

例えば、実施の形態１、２の電源装置では、コンパレータを用いて電圧の比較を行っているが、コンパレータに限らず、電源電圧を比較してその比較結果を出力することができる回路や素子などであれば他の構成でも良く、また、論理回路もコンパレータからの出力だけではなく、論理回路自体で各状態を監視し、その監視結果に基づいて、出力信号のＨレベル、Ｌレベルを変化させるようにしても良い。

本発明は、オアリング接続された電源装置や、電源装置を使用した電源システム、電源装置を使用した電子装置などに広く適用可能である。

１…電源装置、２…交流電源、３…負荷、４ａ、４ｂ…電源入力、５ａ、５ｂ…電源出力、６、６１…オン信号入力、７、６２…オアリングスイッチ素子故障信号出力、８ａ、８ｂ…ＡＣ／ＤＣコンバータの電源入力、９ａ、９ｂ…ＡＣ／ＤＣコンバータの電源出力、１０…ＡＣ／ＤＣコンバータのオン信号入力、１１…オアリング制御回路、１２…オアリングスイッチ素子、１３…第１の基準電圧、１４…第１のコンパレータ、１５…差動アンプ、１６…第２の基準電圧、１７…第２のコンパレータ、１８…第１の論理回路、１９…第２の論理回路、２０…ＡＣ／ＤＣコンバータ、２１…電源装置、２２…交流電源、２４ａ、２４ｂ…電源入力、２５ａ、２５ｂ…電源出力、５１、６３…故障信号出力、１０１…電源システム、１０２…電源システム入力…１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ…電源入力、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ…電源装置、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ…電源出力、１０６… 電源システム出力、２０１…電子装置、２０２…電源入力、２０３ａ、２０３ｂ…電源入力、２０４ａ、２０４ｂ…電源装置、２０５ａ、２０５ｂ…電源出力、２０６…電子回路、２１０…制御回路、３０１…電源装置、３０２…交流電源、３０３…負荷、３０４ａ、３０４ｂ…電源入力、３０５ａ、３０５ｂ…電源出力、３０６、３６１…オン信号入力、３０８ａ、３０８ｂ…ＡＣ／ＤＣコンバータの電源入力、３０９ａ、３０９ｂ…ＡＣ／ＤＣコンバータの電源出力、３１０…ＡＣ／ＤＣコンバータのオン信号入力、３１１…オアリング制御回路、３１２…オアリングスイッチ素子、３２０…ＡＣ／ＤＣコンバータ、３２１…電源装置、３２２…交流電源、３２４ａ、３２４ｂ…電源入力、３２５ａ、３２５ｂ…電源出力、３５１、３６２…故障信号出力、３８０…制御回路。

Claims (6)

1. 他の電源装置とオアリング接続される電源装置であって、
   外部から入力された電源電圧を変換して出力し、前記電源電圧の変換動作が外部からのオン信号により制御される電圧変換回路と、
   前記電圧変換回路の出力側と負荷との間に設けられ、前記電圧変換回路からの出力を導通または遮断するオアリングスイッチ素子と、
   前記電圧変換回路の出力電圧および前記負荷の電圧に基づいて、前記オアリングスイッチ素子の導通または遮断を制御するオアリング制御回路と、
   前記負荷の電圧が第１の基準電圧を越え、前記オアリングスイッチ素子の入力側と出力側の電位差が第２の基準電圧以下であり、かつ前記電圧変換回路に入力される前記オン信号が前記電圧変換回路の変換動作を停止させる信号の場合に、前記オアリングスイッチ素子の故障を示すオアリングスイッチ素子故障信号を出力する第１の論理回路とを備えたことを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記外部からのオン信号および前記オアリングスイッチ素子故障信号が入力され、前記オアリングスイッチ素子故障信号が前記オアリングスイッチ素子の故障を示していない場合に、入力された前記オン信号を前記電圧変換回路に入力させる第２の論理回路を備えたことを特徴とする電源装置。
3. 外部から入力された電源電圧を変換して出力し、前記電源電圧の変換動作が外部からのオン信号により制御される電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力側と負荷との間に設けられ、前記電圧変換回路からの出力を導通または遮断するオアリングスイッチ素子と、前記電圧変換回路の出力電圧および前記負荷の電圧に基づいて、前記オアリングスイッチ素子の導通または遮断を制御するオアリング制御回路と、前記負荷の電圧が第１の基準電圧を越え、前記オアリングスイッチ素子の入力側と出力側の電位差が第２の基準電圧以下であり、かつ前記電圧変換回路に入力される前記オン信号が前記電圧変換回路の変換動作を停止させる信号の場合に、前記オアリングスイッチ素子の故障を示すオアリングスイッチ素子故障信号を出力する第１の論理回路とを有する２つ以上のオアリング接続された電源装置と、
   前記電源装置のオアリング制御を行う制御回路とを備え、
   前記制御回路は、前記オアリングスイッチ素子故障信号に基づいて、前記２つ以上の電源装置の前記オアリングスイッチ素子の故障を検出することを特徴とする電源システム。
4. 請求項３に記載の電源システムにおいて、
   前記電源装置は、前記制御回路からのオン信号および前記オアリングスイッチ素子故障信号が入力され、前記オアリングスイッチ素子故障信号が前記オアリングスイッチ素子の故障を示していない場合に、入力された前記オン信号を前記電圧変換回路に入力させる第２の論理回路を備えたことを特徴とする電源システム。
5. 外部から入力された電源電圧を変換して出力し、前記電源電圧の変換動作が外部からのオン信号により制御される電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力側と負荷との間に設けられ、前記電圧変換回路からの出力を導通または遮断するオアリングスイッチ素子と、前記電圧変換回路の出力電圧および前記負荷の電圧に基づいて、前記オアリングスイッチ素子の導通または遮断を制御するオアリング制御回路と、前記負荷の電圧が第１の基準電圧を越え、前記オアリングスイッチ素子の入力側と出力側の電位差が第２の基準電圧以下であり、かつ前記電圧変換回路に入力される前記オン信号が前記電圧変換回路の変換動作を停止させる信号の場合に、前記オアリングスイッチ素子の故障を示すオアリングスイッチ素子故障信号を出力する第１の論理回路とを有する２つ以上のオアリング接続された電源装置と、
   前記電源装置のオアリング制御を行う制御回路と、
   前記オアリング接続された電源装置に接続され、前記電源装置から電源が供給される電子回路とを備えたことを特徴とする電子装置。
6. 請求項５に記載の電子装置において、
   前記電源装置は、前記制御回路からのオン信号および前記オアリングスイッチ素子故障信号が入力され、前記オアリングスイッチ素子故障信号が前記オアリングスイッチ素子の故障を示していない場合に、入力された前記オン信号を前記電圧変換回路に入力させる第２の論理回路を備えたことを特徴とする電子装置。

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