JP5792704B2 - 電源装置と電源システム及びその通信方法 - Google Patents

Description

この発明は、外部機器と通信を行う機能を備えた電源装置とそれを用いた電源システム、及び電源システムの通信方法に関する。

入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチングコンバータ等の電源装置は、電力変換部内に主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を制御する出力電圧制御手段を備えている。従来から、この種の出力電圧制御手段をマイクロコントローラやＤＳＰ等のデジタルプロセッサを用いて構成することによって、出力電圧の制御特性の調整・設定の変更を容易に行うことができるインテリジェント性の高い電源装置が実用化されている。

さらに近年、電源装置に外部機器との通信を可能にするための制御回路が上記のデジタルプロセッサ内に併設され、外部機器と制御回路との間で双方向通信を行い、外部機器の側から電力変換部の動作を監視又は制御することを可能にした電源装置や、それを用いた電源システムが実用化されつつある。

電源システムに用いられる通信方式は、代表的なものとして、UART方式（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）、I2C方式（Inter Integrated
Circuit）が挙げられる。この２つの通信方式の場合、各方式用の通信モジュールが標準搭載されているデジタルプロセッサが多く市販されていることから、比較的採用しやすい方式といえる。また、I2C方式は、PMBus（Power Management Bus）と呼ばれるスイッチング電源制御用の通信方式にも採用されている。

ここで、上記の２つの通信方式を使用した従来の電源システムを説明するため、モデルケースとして、電源装置２台に外部機器１台を連結し、外部機器が各電源装置の制御回路と通信を行って、各電源装置の電力変換部の動作を監視又は制御するシステムを考える。

まず、UART方式を用いた従来の電源システム１０の場合、図１６に示すように、電源装置１２(1)，１２(2)に、それぞれ、UART方式の通信回路モジュールであるUARTモジュール１４(1)，１４(2)を備えた制御回路１６(1)，１６(2)が設けられる。電源装置１２(1)のUARTモジュール１４(1)は、送信用のtx(1)端子、受信用のrx(1)端子、グランド端子であるgn(1)端子を有している。tx(1)端子、rx(1)端子を引き出した各ラインには、それぞれ外部に接続可能にするTX(1)端子、RX(1)端子が設けられ、gn(1)端子を引き出したラインには、外部に接続可能にするGNt(1)端子及びGNr(1)端子が設けられている。電源装置１２(2)も同様に、UARTモジュール１４(2)がtx(2)端子、rx(2)端子、gn(2)端子を有し、各端子を引き出したラインに、それぞれ外部に接続可能にするTX(2)端子、RX(2)端子、GNt(2)端子、GNr(2)端子が設けられている。

相手方の外部機器１８には、UARTモジュール２０が設けられる。UARTモジュール２０は、独立した２チャンネルの通信を可能にするため、第一のチャンネルとしてtx1(0)，rx1(0)端子を有し、第二のチャンネルとしてtx2(0)，rx2(0)端子を有し、グランド端子であるgn(0)端子を有している。そして、上記電源装置１２(1)，１２(2)の場合と同様に、tx1(0)端子、rx1(0)端子、tx2(0)端子、rx2(0)端子、gn(0)端子を引き出したラインに、それぞれ外部に接続可能にするTX1(0)端子、RX1(0)端子、TX2(0)端子、RX2(0)端子、GNt1(0)端子、GNr1(0)端子GNt2(0)端子、GNr2(0)端子が設けられている。

電源装置１２(1)，１２(2)と外部機器１８の配線は、次のように行われる。外部機器１８の送信用端子であるTX1(0)端子、TX2(0)端子は、電源装置１２(1)，１２(2)の受信用端子であるRX(1)端子、RX(2)端子にそれぞれ連結される。外部機器１８の受信用端子であるRX1(0)端子、RX2(0)端子は、電源装置１２(1)，１２(2)の送信用端子であるTX(1)端子、TX(2)端子にそれぞれ連結される。そして、外部機器１８のグランド端子であるGNt1(0)端子、GNt2(0)端子、GNr1(0)端子、GNr2(0)端子は、電源装置１２(1)，１２(2)のグランド端子であるGNr(1)端子、GNr(2)端子、GNt(1)端子，GNt(2)端子にそれぞれ連結される。

この種の通信線は高周波の信号が通過するので、通信線間の容量結合による相互干渉や外来ノイズの影響を受けやすい等の問題がある。そのため、特に通信線が長くなるときは、図１６に示すように、信号線（TX1(0)とRX(1)とを結ぶライン、RX1(0)とTX(1)とを結ぶライン等）に対して、個別にグランド線（GNt1(0)とGNr(1)とを結ぶライン、GNr1(0)とGNt(1)とを結ぶライン等）を沿わせたり、ツイストさせたりして配線されるのが一般的である。この点は、後述するI2C方式の電源システム２４の場合も同様である。

電源装置１２(1)，１２(2)と外部機器１８との間の通信は、図１７に示すように、例えば、Startビット、通信情報（例えば8bit）、Parityビット及びStopビットで構成された通信フレームを互いに送受信することによって行われる。UART方式を用いた従来の電源システム１０の場合、外部機器１８のUARTモジュール２０が独立した２つのチャンネルを有し、２つの制御回路１６(1)，１６(2)との間で個別に１対１の通信を行い、電力変換部２２(1)，２２(2)の監視等を行う。通常のUART方式の通信は、通信の相手方を識別するためのアドレス情報を持っていないため、上記のように、１つのチャンネルに１つの電源装置を接続して用いることになる。

一方、I2C方式を用いた従来の電源システム２４の場合、図１８に示すように、電源装置２６(1)，２６(2)に、それぞれ、I2C方式の通信回路モジュールであるI2Cモジュール２８(1)，２８(2)を備えた制御回路３０(1)，３０(2)が設けられる。電源装置２６(1)のI2Cモジュール２８(1)は、クロック信号を伝送するscl(1)端子、クロック信号に同期してデータ信号を伝送するsda(1)端子、グランド端子であるgn(1)端子を有している。scl(1)端子、sda(1)端子を引き出した各ラインには、それぞれ外部に接続可能にするSCL(1)端子、SDA(1)端子が設けられ、gn(1)端子を引き出したラインには、外部に接続可能にするGNc(1)端子及びGNd(1)端子が設けられている。電源装置２６(2)も、上記と同様に、I2Cモジュール２８(2)がscl(2)端子、sda(2)端子、gn(2)端子を有し、該各端子を引き出したラインに、それぞれ外部に接続可能にするSCL(2)端子、SDA(2)端子、GNc(2)端子、GNd(2)端子が設けられている。

相手方の外部機器３２には、上記のI2Cモジュール２８(1)，２８(2)と同様の構成のI２Cモジュール２８(0)が設けられる。外部機器３２も同様に、I2Cモジュール２８(0)がscl(0)端子、sda(0)端子、gn(0)端子を有し、各端子を引き出したラインに、それぞれ外部に接続可能にするSCL(0)端子、SDA(0)端子、GNc(0)端子、GNd(0)端子が設けられている。

電源装置２６(1)，２６(2)と外部機器３２の配線は、次のように行われる。外部機器３２のSCL(0)端子は、電源装置２６(1)，２６(2)のSCL(1)端子、SCL(2)端子にそれぞれ連結され、外部機器３２のSDA(0)端子は、電源装置２６(1)，２６(2)のSDA(1)端子、SDA(2)端子にそれぞれ連結される。そして、外部機器３２のグランド端子であるGNc(0)端子は、電源装置２６(1)，２６(2)のGNc(1)端子、GNc(2)端子にそれぞれ連結され、外部機器３２のGNd(0)端子は、電源装置２６(1)，２６(2)のGNd(1)端子、GNd(2)端子にそれぞれ連結される。

I2C方式は、１台の外部機器３２と２台の電源装置２６(1)，２６(2)とが共通のSCLラインおよびSDAラインで連結され、１対２の双方向通信を行う。従って、あらかじめ制御回路３０(1)，３０(2)に対して（又は、電源装置２６(1)，２６(2)に対して）、識別用のアドレスを付与しておき、SDAラインを通じて送受信される通信パケットに、通信の相手方を特定するためのアドレス情報を持たせる。

I2C方式の一種であるPMBus方式で使用される通信パケットのフォーマットの一例を、図１９に基づいて説明する。外部機器３２は、特定の１台の電源装置２６（相手方）に対する命令等の通信を、３つの通信フレームで構成された通信パケットの単位で行う。以下、命令等の対象が電源装置２６(1)の制御回路３０(1)であるとして説明する。

外部機器３２は、Startコンディションを発生させた後、まず、命令等の対象である制御回路３０を特定するアドレス情報（7bit）と、この通信パケットが外部機器３２から電源装置２６へデータ情報を送信する通信パケットであることを示すＷ（Write）ビットとで構成された通信フレームK1を送信する。制御回路３０(1)は、受信した通信フレームK1が持つアドレス情報が自己のアドレスと一致するので、「通信フレームK1を受信した」旨を示すAck（Acknowledge）ビットを外部機器３２に向けて返信する。このとき、制御回路３０(2)は、受信した通信フレームK1が持つアドレス情報が自己のアドレスと一致しないので、Ackビットを返信せず、次にStopコンディションを受信するまでの間、受信される通信フレームを無視する。

１回目のAckビットを受信した外部機器３２は、制御回路３０(1)に対する命令等であるデータ情報の一部（8bit）で構成された通信フレームK2を送信する。制御回路３０(1)は、通信フレームK2を受信すると、「通信フレームK2を受信した」旨を示すAckビットを外部機器３２に向けて返信する。２回目のAckビットを受信した外部機器３２は、制御回路３０(1)に対する命令等であるデータ情報の残りの部分（8bit）で構成された通信フレームK3を送信する。制御回路３０(1)は、通信フレームK3を受信すると、「通信フレームK3を受信した」旨を示すAckビットを外部機器３２に向けて返信する。そして、３回目のAckビットを受信した外部機器３２は、Stopコンディションを発生させ、通信を終了する。

従来の電源システム２４の場合、通信パケットを構成する複数の通信フレームのうちの１つにアドレス情報を持たせることにより、通信の相手方を識別する。これによって、外部機器３２が、各電源装置２６(1)，２６(2)の制御回路３０(1)，３０(2)との間で１対多の通信が可能になり、電源装置２６(1)，２６(2)の電力変換部３４(1)，３４(2)に対して個別に監視等を行うことができる。

また、特許文献１に開示されている発明は、上記のI2C方式で通信を行う電源装置とそれを用いて構成された電源システムであり、電源装置（スレーブ）のアドレス設定方法を改善することによって、外部機器（マスタ制御装置）と電源装置とを連結する配線や引き回しを容易にしたものである。

特開２００６−９４６２１号公報

従来のUART方式を用いた電源システム１０の場合、外部機器のUARTモジュールの１チャンネルと各電源装置のUARTモジュールとの間で１対１の通信を行うため、電源システム内の電源装置の台数が増えると、通信に必要な通信線の本数が比例的に増加する。１台の外部機器１８に２台の電源装置１２(1)，１２(2)を連結する場合、図１６に示すように、通信線の数が１台当たり４本なので合計８本となり、電源装置１２が３台、４台、・・・になると、通信線が１２本、１６本、・・・というふうに比例的に増加する。従って、１台の外部機器１８に多数台の電源装置１２を連結して電源システムを構成する場合、通信線の配線が非常に煩雑になるという問題があった。

また、電源装置１２用のUARTモジュール１４については、汎用のマイクロコントローラに搭載された標準的なものが使用できるが、外部機器１８用のUARTモジュール２０については、多チャンネルを備えた特殊なものを使用しなければならず、非常に高価であり入手性の面でも問題があった。

また、従来のI2C方式を用いた電源システム２２の場合、電源装置の台数が増えたとしても、通信線の数の増加については上記の電源システム１０ほどではない。しかし、信号線等へのノイズの混入等に対する通信の信頼性が低いという問題がある。例えば、図１９のフォーマットにおいて、通信フレームK1のアドレス情報にノイズが混入すると、命令等の対象でない電源装置２６(2)が誤って、通信フレームK2，K3のデータ情報に基づく処理を行ってしまう。しかも、外部機器３２と電源装置２６は、いずれも通信エラーを検出することができない（電源装置２６から外部機器３２への返信はAckビットのみであるため、間違った電源装置が通信パケットを受信していることを外部機器３２が検出することができない）ので、命令等の対象でない電源装置２６(2)が誤って処理を行うのを防止することができない。例えば、電源装置２６(1)，２６(2)の起動や停止を制御するための通信を行っているときに上記の通信エラーが発生すると、各電源装置１２の負荷である電子機器が異常動作して故障したり、重大な事故を引き起こしたりするおそれがある。

さらに、I2Cモジュール２８は、UARTモジュールに比べて高機能の通信モジュールであるため、高価なデジタルプロセッサにしか搭載されていないことが多く、コストの増加を招いていた。

他方、特許文献１の発明に係る電源装置及び電源システムはI2C方式で通信を行うので、従来の電源システム２４と同様に、通信線の配線の手間の問題、通信の信頼性の問題、通信モジュールのコストの問題などがあった。

この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、安価なUARTモジュールを使用し、信頼性の高い通信を行うことが可能な電源装置とそれを用いた電源システム、及び電源システムの通信方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、出力電圧制御手段を有し、入力電圧を所定の出力電圧に変換して出力する電力変換部と、外部機器と双方向通信を行うと共に前記電力変換部の動作を監視又は制御する制御回路とを備えた電源装置であって、前記制御回路は、受信用のrx端子、送信用のtx端子及び信号グランド用のgn端子が設けられたUARTモジュールと、前記UARTモジュール及び前記電力変換部に接続され、メモリに記録されたプログラムを実行して各種の処理や演算を行うＣＰＵと、前記rx端子と前記tx端子とを接続して引き出したINFラインを外部に接続可能にするINF端子と、前記gn端子を引き出したGNラインを外部に接続可能にするGN端子とを備え、使用に際して、前記外部機器に前記INF端子及び前記GN端子が個別に連結され、前記外部機器と前記UARTモジュールとの間で、前記INFライン及び前記GNラインを通じて双方向通信が可能であり、前記UARTモジュールは、前記外部機器から前記INFライン及び前記GNラインを通じて、１つ以上の通信フレームで構成された通信パケットを受信し、前記INFライン及び前記GNラインを通じて、１つ以上の通信フレームで構成された通信パケットを前記外部機器へ送信し、個々の前記通信フレーム内の通信情報には、アドレス情報とデータ情報とが含まれ、前記制御回路は、自己のアドレスと一致しない前記アドレス情報を含む前記通信パケットを受信すると、その通信パケット内の前記データ情報を無視すると共に、前記UARTモジュールが前記tx端子及び前記gn端子を通じて前記通信パケットを送信している時、前記rx端子及び前記gn端子を通じて受信される前記通信パケット内の前記データ情報を無視する電源装置である。

前記UARTモジュールの前記rx端子、前記tx端子及び前記gn端子は、絶縁回路を介して前記INFライン及び前記GNラインに引き出されていてもよい（請求項２記載の発明）。

さらに、前記制御回路には、入力端子であるI端子が前記rx端子に接続されたI/Oポートが設けられ、前記ＣＰＵには第一及び第二基準時間が設定され、前記第二基準時間は前記INFライン及び前記GNラインを通じて受信される前記通信パケットに含まれる前記通信フレームの１つ当たりの通信時間よりも長い時間であり、前記ＣＰＵは、前記I/Oポートを通じて前記rx端子の電圧を観測し、前記rx端子の電圧が前記第一基準時間を超えてデフォルトレベルを継続すると前記電力変換部の電力変換動作を開始させ、前記rx端子の電圧が前記第二基準時間を超えてアクティブレベルを継続すると、前記電力変換部の電力変換動作を停止させるものである（請求項３記載の発明）。

請求項４記載の発明は、前記請求項１又は２記載の電源装置を１台以上と、当該電源装置が有する前記制御回路と同様の構成の前記UARTモジュール、INF端子及びGN端子を有する前記外部機器とで構成され、前記外部機器の前記INF端子が、前記各電源装置の前記INF端子に連結され、前記外部機器の前記GN端子が、前記各電源装置の前記GN端子に連結され、前記外部機器は、自己の前記INF端子及び前記GN端子を通じて、前記通信パケットである命令パケットを送信し、その命令パケット内の前記各通信フレームには、命令対象である前記電源装置の前記制御回路を示す前記アドレス情報が含まれ、前記各電源装置の前記制御回路は、自己の前記INF端子及び前記GN端子を通じて、前記通信パケットである返信パケットを送信することができ、その返信パケット内の前記各通信フレームには、自己の前記アドレス情報が含まれ、前記各制御回路は、受信した前記命令パケット内の前記アドレス情報が自己のアドレスと一致する場合には、前記命令パケット内のデータ情報に基づく所定の処理を行って、前記命令パケットに応答する前記返信パケットを送信し、一致しない場合には、前記命令パケット内のデータ情報を無視し、前記返信パケットを送信しない電源システムである。

請求項５記載の発明は、前記請求項３記載の電源装置を１台以上と、当該電源装置が有する前記制御回路と同様の構成の前記UARTモジュール、INF端子及びGN端子を有する前記外部機器とで構成され、前記外部機器の前記INF端子が、前記各電源装置の前記INF端子に連結され、前記外部機器の前記GN端子が、前記各電源装置の前記GN端子に連結され、前記外部機器は、自己の前記INF端子及び前記GN端子を通じて、前記通信パケットである命令パケットを送信し、その命令パケット内の前記各通信フレームには、命令対象である前記電源装置の前記制御回路を示す前記アドレス情報が含まれ、前記各電源装置の前記制御回路は、自己の前記INF端子及び前記GN端子を通じて、前記通信パケットである返信パケットを送信することができ、その返信パケット内の前記各通信フレームには、自己の前記アドレス情報が含まれ、前記各制御回路は、受信した前記命令パケット内の前記アドレス情報が自己のアドレスと一致する場合には、前記命令パケット内のデータ情報に基づく所定の処理を行って、前記命令パケットに応答する前記返信パケットを送信し、一致しない場合には、前記命令パケット内のデータ情報を無視し、前記返信パケットを送信せず、さらに、前記外部機器の前記INF端子と前記GN端子との間にスイッチが接続され、前記スイッチのオンオフを切り替えることによって、前記電源装置の前記電力変換部が電力変換動作を開始又は停止させる電源システムである。

上記の請求項４又は５記載の発明において、前記命令パケット及び前記返信パケットは、それぞれ複数の前記通信フレームで構成され、前記複数の通信フレームうちの１つが有するデータ情報には、それぞれエラー検出情報が含まれ、前記各制御回路は、自己のアドレスと一致する前記アドレス情報を含む前記命令パケットを受信すると、その命令パケット内の前記エラー検出情報を照合することによって、その命令パケットに通信エラーが発生しているか否かを判断し、前記外部機器は、前記返信パケットを受信すると、その返信パケット内の前記エラー検出情報を照合することによって、その返信パケットに通信エラーが発生しているか否かを判断する（請求項６記載の発明）。

請求項７記載の発明において、前記命令パケット及び前記返信パケットは、それぞれ５つの前記通信フレームで構成され、前記命令パケット内の通信フレームの組み合わせは、次の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のパターンの中の何れかが適宜選択され、前記返信パケット内の通信フレームの組み合わせは、次の（Ｄ）のパターンが選択される。
（Ａ）
A1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
A2：４ビットの前記エラー検出情報と１ビットの引き数情報とで成るデータ情報を有する通信フレーム
A3：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
A4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
A5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
（Ｂ）
B1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
B2：４ビットの前記エラー検出情報を含む前記データ情報を有する通信フレーム
B3：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
B4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
B5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
（Ｃ）
C1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
C2：４ビットの前記エラー検出情報を含む前記データ情報を有する前記通信フレーム
C3：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
C4：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
C5：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
（Ｄ）
D1：５ビットの識別子情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
D2：４ビットの前記エラー検出情報と１ビットの引数情報とで成る前記データ情報を有する通信フレーム
D3：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
D4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
D5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
ただし、前記命令情報は、前記電源装置に対する命令の情報であり、前記引数情報は、前記電源装置の特性値を示す情報であり、前記識別子情報は、その返信パケット内の引数情報が何かを示す情報である（請求項７記載の発明）。

請求項８記載の発明は、UARTモジュールをそれぞれ有した外部機器及び１つ以上の電源装置が設けられ、前記外部機器と前記電源装置との間で双方向通信を行う電源システムの通信方法であって、１回の通信は、前記外部機器が前記電源装置に向けて送信する命令パケットとその命令パケットに応答した前記電源装置が前記外部機器に向けて送信する返信パケットとが対になって成立し、前記命令パケット及び前記返信パケットは、それぞれ複数の通信フレームで構成され、前記各通信フレーム内の通信情報には、前記電源装置に付与されたアドレスを示すアドレス情報とデータ情報とが含まれ、前記複数の通信フレームうちの１つが有するデータ情報には、それぞれエラー検出情報が含まれ、前記電源装置は、自己のアドレスと一致する前記アドレス情報を含む前記命令パケットを受信すると、その命令パケット内の前記エラー検出情報を照合することによって、その命令パケットに通信エラーが発生しているか否かを判断し、前記外部機器は、前記返信パケットを受信すると、その返信パケット内の前記エラー検出情報を照合することによって、その返信パケットに通信エラーが発生しているか否かを判断する電源システムの通信方法である。

さらに、前記命令パケット及び前記返信パケットは、それぞれ５つの前記通信フレームで構成され、前記命令パケット内の通信フレームの組み合わせは、次の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のパターンの中の何れかが適宜選択され、前記返信パケット内の通信フレームの組み合わせは、次の（Ｄ）のパターンが選択される。
（Ａ）
A1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
A2：４ビットの前記エラー検出情報と１ビットの引き数情報とで成るデータ情報を有する通信フレーム
A3：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
A4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
A5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
（Ｂ）
B1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
B2：４ビットの前記エラー検出情報を含む前記データ情報を有する通信フレーム
B3：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
B4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
B5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
（Ｃ）
C1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
C2：４ビットの前記エラー検出情報を含む前記データ情報を有する前記通信フレーム
C3：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
C4：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
C5：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
（Ｄ）
D1：５ビットの識別子情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
D2：４ビットの前記エラー検出情報と１ビットの引数情報とで成る前記データ情報を有する通信フレーム
D3：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
D4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
D5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
ただし、前記命令情報は、前記電源装置に対する命令の情報であり、前記引数情報は、前記電源装置の特性値を示す情報であり、前記識別子情報は、その返信パケット内の引数情報が何かを示す情報である（請求項９記載の発明）。

この発明の電源装置は、安価な汎用デジタルプロセッサを使用して容易に実現することができる。また、INF端子を設けることにより、外部に接続可能にする通信用の端子の数を減らすことができ、端子ピン又は端子台を設けるスペースを最小限に抑えることができる。さらに、制御回路内に所定のI/Oポートを設けることにより、電力変換部の動作開始・停止の制御を容易に行うことが可能になる。また、所定の絶縁回路を設けることにより、外部機器との間の通信線に混入するノイズの影響を小さく抑えることができる。

この発明の電源システムは、外部機器と電源装置との間の信号線の数が少ないので、配線の手間が軽減される。

また、この発明の電源システム及び電源システムの通信方法は、送受信される各通信フレームにアドレス情報を持たせてあるので、通信フレームごとにアドレス情報をチェックすることができる。しかも、１回の通信が、命令パケットとそれに応答する返信パケットとが対になって成立し、命令する側と命令される側の双方でアドレス情報のチェック行い、正しい相手と通信が行われているか否かを確認することができる。したがって、従来I2C方式と比較して、通信エラーの検出の確実性が高くなり、通信エラーが検出された場合の処置も的確に行うことができるので、電源システムの誤動作を回避できる。また、命令パケット及び返信パケットに、エラー検出情報を持った通信フレームを設けることによって、データ情報のチェックも可能になり、通信エラーの検出の確実性をさらに高くすることができる。

RX端子及びTX端子を備えた電源装置をｎ台使用した電源システムの一例を示す回路図である。 図１の電源システムに使用した外部機器及びｎ個の制御回路の内部構成と接続を示すブロック図である。 図２のUARTモジュールが送受信する通信フレームのフォーマットの例を説明する図である。 図３の通信フレームのフォーマットの変形例であって、外部機器から送信される命令パケットＡを説明する図である。 図３の通信フレームのフォーマットの変形例であって、外部機器から送信される命令パケットＢを説明する図である。 図３の通信フレームのフォーマットの変形例であって、外部機器から送信される命令パケットＣを説明する図である。 図３の通信フレームのフォーマットの変形例であって、電源装置から送信される返信パケットＤを説明する図である。 図２の外部機器及び制御回路に絶縁回路を設けた場合のブロック（ａ）、絶縁回路の内部構成を示す回路図（ｂ）である。 この発明の第一実施形態の電源装置をｎ台使用した電源システムを示す回路図である。 第一実施形態の電源システムに使用した外部機器及びｎ個の制御回路の内部構成と接続を示すブロック図である。 図１０の外部機器及び制御回路に絶縁回路を設けた場合のブロック（ａ）、絶縁回路の内部構成を示す回路図（ｂ）である。 この発明の第二実施形態の電源装置をｎ台使用した電源システムを示す回路図である。 第二実施形態の電源システムに使用した外部機器及びｎ個の制御回路の内部構成と接続を示すブロック図である。 第二実施形態の電源システムのスイッチのオンオフが切り替わったときの動作の変化を説明するタイムチャート（ａ），（ｂ）である。 図１３の外部機器及び制御回路に絶縁回路を設けた場合のブロック（ａ）、絶縁回路の内部構成を示す回路図（ｂ）である。 UART方式を用いた従来の電源システムを示すブロック図である。 UART方式の通信フレームを説明する図である。 I2C方式を用いた従来の電源システムを示すブロック図である。 I2C方式の通信パケットおよび通信フレームを説明する図である。

以下、RX端子及びTX端子を備えた電源装置とそれを用いた電源システム、及び電源システムの通信方法の一例について、図１〜図８に基づいて説明する。この電源システム４０は、図１に示すように、１つの入力電源４２から電力の供給を受け、ｎ台の負荷４４に対して所定の電圧及び電流を出力するシステムであり、この中に、RX端子及びTX端子を備えた電源装置４６がｎ台と、それらを監視又は制御するためのパーソナルコンピュータ等の外部機器４８が１台使用されている。以下、必要に応じて、ｎ台の電源装置を４６(1)，・・，４６(k)，・・，４６(n)の符号を付して表わし、その他の関係する各構成についても符号の末尾に電源装置の台数番号である(1)，・・，(k)，・・，(n)を付して表わす。

電源装置４６は、電力変換部５０及び制御回路５２を備えている。電力変換部５０は、例えば、入力電源４２から交流又は直流電圧がIN端子に入力され、直流の出力電圧に変換し、OUT端子に接続された負荷４４に電力を供給する電源回路（例えば、スイッチングコンバータ）であり、汎用デジタルプロセッサで構成された図示しない出力電圧制御手段により制御されている。制御回路５２は、外部機器４８と通信を行って、電力変換部５０の動作を監視又は制御するものである。

制御回路５２は、図２に示すように、UARTモジュール５４、ＣＰＵ５６、及びその他の図示しない回路網で構成され、それらの多くの部分が上記のデジタルプロセッサ内に設けられ、その他の部分がデジタルプロセッサの外部に個別回路素子を接続することによって設けられている。

UARTモジュール５４は、UART方式の通信を行うモジュールであり、受信用のrx端子と送信用のtx端子とを備えている。rx端子はハイインピーダンスの入力段を有しており、tx端子の出力段は、デフォルトレベルがハイレベル、アクティブレベルがローレベルである。gn端子は、UARTモジュール５４のグランド端子である。さらに、rx端子を引き出したRXラインには、外部に接続可能にするためのRX端子が設けられ、同様に、tx端子を引き出したTXラインにはTX端子が設けられ、gn端子を引き出したGNラインにはGNr，GNt端子が設けられている。

ＣＰＵ５６は、UARTモジュール５４及び電力変換部５０に接続され、図示しないメモリに記録されたプログラムを実行して各種の処理や演算を行う。メモリには、各電源装置４６(1)〜４６(n)又は各制御回路５２(1)〜５２(n)を識別するために付与されたアドレスも記録されている。

外部機器４８は、図２に示すように、電源装置４６が有する制御回路５２と同様の構成を備えている。以下、外部機器４８の各構成は、必要に応じて符号の末尾に(0)を付し、それぞれUARTモジュール５４(0)、ＣＰＵ５６(0)、rx(0)端子、tx(0)端子、gn(0)端子、RX(0)端子、TX(0)端子、GNr(0)端子、GNt(0)端子と表する。ただし、外部機器４８は１台なので、外部機器４８には識別用のアドレスが付与されていない。

電源システム４０は、上述したｎ台の電源装置４６(1)〜４６(n)及び外部機器４８で構成され、図１に示すように、電力変換部５０(1)〜５０(n)から引き出されたIN(1)〜IN(n)端子が入力電源４２の両端に接続され、OUT(1)〜OUT(N)端子にそれぞれ負荷４４(1)〜４４(n)が接続されている。制御回路５２(1)〜５２(n)は、RX(1)〜RX(n)端子が互いに接続され、その接続点が外部機器４８のTX(0)端子に連結されている。同様に、TX(1)〜TX(n)端子が互いに接続され、その接続点が外部機器４８のRX(0)端子に連結されている。同様に、グランド用のGNr(1)〜GNr(n)端子が互いに接続され、その接続点が外部機器４８のGNt(0)端子に連結されている。同様に、グランド用のGNt(1)〜GNt(n)端子が互いに接続され、その接続点が外部機器４８のGNr(0)端子に連結されている。グランド用の信号線は、対応する送信用又は受信用の信号線に対して沿わせたり、ツイストさせたりして配線されている。

ここで、電源装置４６と外部機器４８との間で送受信される通信パケット及び通信フレームについて説明する。外部機器４８側のUARTモジュール５４(0)は、１つ以上の通信フレームで構成された通信パケット（以下、命令パケットと称する。）を送信し、電源装置４６の制御回路５２のUARTモジュール５４(1)〜５４(n)が受信する。また、制御回路５２のUARTモジュール５４(1)〜５４(n)も同様に、１つ以上の通信フレームで構成された通信パケット（以下、返信パケットと称する。）を送信することができる。１回の通信は、外部機器４８が送信した１つの命令パケットと、その命令パケットに応答した制御回路５２が送信する１つの返信パケットとが対になって成立する。命令パケット内の通信フレームの数と返信パケット内の通信フレームの数はあらかじめ規定されており、外部機器４８と制御回路５２の双方が互いに認識している。ここでは、図３に示すように、命令パケットと返信パケットが各々３つの通信フレームで構成されているものとして説明する。

各通信フレームは、Startビット、通信情報（8bit）、Parityビット及びStopビットで構成されている。通信情報（8bit）は、命令等の情報や監視データ等のデータ情報（5bit）と、命令等の対象である電源装置４６を指定又は識別するためのアドレス情報（3bit）で構成されている。Parityビットは、通信フレームごとにエラー検出を簡易的に行うビットであり、Start，Stopビットは、それぞれ通信フレームの開始と終了を表わすビットであり、図１７に示す従来の通信フレームと同様である。なお、通信情報のビット数は、使用するデジタルプロセッサ内のUARTモジュール５４の性能や電源装置４６の台数に応じて増減が可能であり、例えば、電源装置４６の台数が多いときはアドレス情報のビット数を増やすことで対応可能である。

１つの命令パケットに含まれる３つの通信フレームは、すべて、特定の１台の電源装置４６についてのデータ情報である。したがって、通常は、１つの命令パケット内の３つの通信フレームのアドレス情報は共通であり、いずれも該当する１台の電源装置４６のアドレス（共通のアドレス）を示す。

各電源装置４６の制御回路５２(1)〜５２(n)が上記の命令パケット受信したとき、通信フレームのアドレス情報が自己のアドレスと一致する制御回路と一致しない制御回路に分かれる。アドレスが一致しない制御回路５２(1)〜５２(n)は、受信した通信パケット内のデータ情報を無視する。そして、アドレスが一致した制御回路５２(k)だけが、その命令パケットに応答し、所定の返信パケットを返信する。詳しくは、後の動作説明の中で説明する。

１つの返信パケットに含まれる３つの通信フレームは、すべて、返信した制御回路５２のアドレスを示すアドレス情報が含まれる。したがって、通常は１つの返信パケット内の３つの通信フレームのアドレス情報は共通であり、上記の命令パケット内のアドレス情報と同じである。

次に、電源システム４０が通信を行う動作について説明する。まず、外部機器４８が、TX(0)端子及びGNt(0)端子を通じて、１つの命令パケットを送信する。ここでは、命令の対象が電源装置４６(1)であり、３つの通信フレームのアドレス情報が、いずれも電源装置４６(1)のアドレスを示している。命令の内容は３つの通信フレームのデータ情報で表わされ、例えば、「OUT端子の電圧（電力変換部の出力電圧）を測定せよ」という命令である。

各電源装置４６の制御回路５２(1)〜５２(n)は、それぞれ自己のRX端子及びGNr端子を通じて上記の命令パケットを受信し、Parityビットによる簡易的なエラー検出を行い、エラーがないことが確認されると、次に通信パケット内のアドレス情報が自己のアドレスが一致するか否かを確認する。制御回路５２(2)〜５２(n)は、アドレスが一致しないので、この命令パケットによる命令を無視し、次の命令パケットが受信されるまで処理を行わない。一方、命令の対象となった制御回路５２(1)は、アドレスが一致するので、外部機器４８の命令に従ってOUT端子の電圧を測定し、測定結果をデータ情報に変換する。そして、データ情報が３つの通信フレームに割り付けられ、TX(1)端子及びGNt(1)端子を通じて１つの返信パケットを送信する。

外部機器４８は、RX(0)端子及びGNr(0)端子を通じて上記の返信パケットを受信し、Parityビットによる簡易的なエラー検出を行い、エラーがないことが確認されると、次に通信パケット内のアドレス情報が、命令の対象とした電源装置４６(1)のアドレスと一致するか否かを確認する。そして、アドレスが一致すれば、返信されたデータ情報が信頼できると判断して、次の処理を行う。一方、アドレスが一致しないときは、通信エラーがあったと判断し、返信されたデータ情報を破棄し、通信エラーに対応した処理を行う。ここまでの一連の動作により１回の通信が終了し、その後も通信を継続する場合、上記と同様の動作を繰り返す。

以上説明したように、電源装置４６は、安価な汎用デジタルプロセッサを使用して容易に実現することができ、電源システム４０を構成する際も、外部機器４８とｎ台の電源装置４６との間の信号線の数が少ないので、配線の手間が軽減される。

また、電源システム４０の通信方法は、送受信される各通信フレームにアドレス情報を持たせてあるので、通信フレームごとにアドレス情報をチェックすることができる。しかも、１回の通信が、命令パケットとそれに応答する返信パケットとが対になって成立し、命令する側と命令される側の双方でアドレス情報のチェック行い、正しい相手と通信が行われているか否かを確認することができる。したがって、従来のParityビットによる簡易的なチェックよりも、通信エラーの検出の確実性が高くなり、通信エラーが検出された場合の処置も的確に行うことができるので、電源システムの誤動作を回避できる。例えば、Parityビットを省略することも可能である。

次に、電源システム４０で使用される通信フレームのフォーマットの変形例について、図４〜図７に基づいて説明する。この変形例では、外部機器４８が送信する命令パケットは、命令等の内容に応じて、図４〜６に示す命令パケットＡ，Ｂ，Ｃの中の適切なフォーマットが１つ選択され、電源装置４６が送信する返信パケットは、図７に示す返信パケットＤが選択される。

命令パケットＡは、図４に示すように、５つの通信フレームA1〜A5を有し、それぞれStartビット、通信情報、Parityビット及びStopビットで構成されている。通信フレームA1の通信情報には、アドレス情報(3bit)及び命令情報(5bit)が割り当てられている。通信フレームA2の通信情報には、アドレス情報(3bit)、エラー検出情報(4bit)及び引数情報(1bit)が割り当てられている。通信フレームA3，A4，A5の通信情報には、それぞれアドレス情報(3bit)及び引数情報(5bit)が割り当てられている。したがって、命令パケットＡに含まれる命令情報は合計5ビット、引数情報は合計16ビットである。なお、アドレス情報のビット数は、電源装置４６の台数に応じて適宜増減できる。また、通信フレームA1〜A5の順番は、この順番に限られない。

例えば、外部機器４８が電源装置４６に対して行う命令の内容が、「OUT端子の電圧を48.234Vに変更せよ」の場合、命令情報が「OUT端子の電圧を変更せよ」で、引数情報が「48.234V」となる。外部機器４８は、このような引数情報のビット数が比較的多い命令を送信する場合に、命令パケットＡのフォーマットを選択する。

命令パケットＢは、図５に示すように、５つの通信フレームB1〜B5を有し、それぞれStartビット、通信情報、Parityビット及びStopビットで構成されている。通信フレームB1の通信情報には、アドレス情報(3bit)及び命令情報(5bit)が割り当てられている。通信フレームB2の通信情報には、アドレス情報(3bit)、エラー検出情報(4bit)及び未使用ビット(1bit)が割り当てられている。通信フレームB3の通信情報には、アドレス情報(3bit)及び命令情報(5bit)が割り当てられている。通信フレームB4，B5の通信情報には、それぞれアドレス情報(3bit)及び引数情報(5bit)が割り当てられている。したがって、命令パケットＢに含まれる命令情報は合計10ビット、引数情報は合計10ビットである。なお、通信フレームB1〜B5の順番は、この順番に限られない。また、通信フレームB2の未使用ビットは、別の情報を示すビットとして用いても良い。

外部機器４８は、引数情報のビット数が比較的少ない命令を送信する場合に、命令パケットBのフォーマットを選択する。

命令パケットＣは、図６に示すように、５つの通信フレームC1〜C5を有し、それぞれStartビット、通信情報、Parityビット及びStopビットで構成されている。通信フレームC1の通信情報には、アドレス情報(3bit)及び命令情報(5bit)が割り当てられている。通信フレームC2の通信情報には、アドレス情報(3bit)、エラー検出情報(4bit)及び未使用ビット(1bit)が割り当てられている。通信フレームC3，C4，C5の通信情報には、それぞれアドレス情報(3bit)及び命令情報(5bit)が割り当てられている。したがって、命令パケットＣに含まれる命令情報は合計20ビット、引数情報は合計0ビットである。なお、通信フレームC1〜C5の順番は、この順番に限られない。また、通信フレームC2の未使用ビットは、別の情報を示すビットとして用いても良い。

例えば、外部機器４８が電源装置４６に対して行う命令の内容が、「OUT端子の電圧と電流、IN端子の電圧と電流、主スイッチング素子の温度、・・・・を測定せよ」の場合、内容の全てが命令情報となり、引数情報は必要ない。外部機器４８は、このように引数情報が不要な命令を送信する場合に、命令パケットＣのフォーマットを選択する。

返信パケットＤは、図７に示すように、５つの通信フレームD1〜D5を有し、それぞれStartビット、通信情報、Parityビット及びStopビットで構成されている。通信フレームD1の通信情報には、アドレス情報(3bit)及び識別子情報(5bit)が割り当てられている。通信フレームD2の通信情報には、アドレス情報(3bit)、エラー検出情報(4bit)及び引数情報(1bit)が割り当てられている。通信フレームD3，D4，D5の通信情報には、それぞれアドレス情報(3bit)及び引数情報(5bit)が割り当てられている。なお、通信フレームD1〜D5の順番は、この順番に限られない。

例えば、電源装置４６が外部機器４８に対して行う返信の内容が、「OUT端子の電圧の測定値は48.321Vである」の場合、識別子情報が「OUT端子の電圧」となり、引数情報が「48.321V」となる。

命令パケット内の通信フレームA2，B2，C2が有するエラー検出情報は、命令パケットを受信した電源装置４６が、その命令パケット内のデータ情報をチェックするための情報である。同様に、返信パケット内の通信フレームD2のエラー検出情報は、返信パケットを受信した外部機器４８が、その返信パケット内のデータ情報をチェックするための情報である。例えばチェックサム等の一般的な方法で、エラーの検出を行う。

以上説明したように、図４〜図７で説明したフォーマットの変形例を使用することによって、外部機器４８が命令パケットを送信する際に、命令の内容に応じて、適切なフォーマット（命令フレームＡ，Ｂ，Ｃの中の１つ）を選択することができる。また、電源装置４６が返信する際も、実用的な返信パケットＤのフォーマットが使用される。さらに、各パケット内の引数情報の合計ビット数は10ビット又は16ビットになり、一般的なデジタルプロセッサが動作するビット数に合致する。したがって、上述した図３のフォーマットによる作用効果に加え、さらに、外部機器４８が多種多様な命令を効率よく送信し、電源装置４６が命令に基づいて効率よく処理を行い、処理の結果を効率よく返信することができる。

また、命令パケット及び返信パケット内に、それぞれエラー検出情報を有しているので、上述した図３のフォーマットによる作用効果に加え、さらに、外部機器４８と電源装置４６の双方でデータ情報のチェックも行うことができるので、通信エラーの検出をより確実に行うことができる。

次に、この電源システム４０で使用される電源装置４６及び外部機器４８の変形例について、図８に基づいて説明する。この変形例では、電源装置４６の制御回路５２及び外部機器４８の内部にそれぞれ絶縁回路５８が設けられ、各UARTモジュール５４のrx端子、tx端子及びgn端子が、絶縁回路５８を介してRXライン、TXライン及びGNラインに引き出されている。

絶縁回路５８は、図８（ｂ）に示すように、第一及び第二フォトカプラ６０，６２で構成され、第一フォトカプラ６０は、互いに絶縁された発光ダイオード６０ａ及びフォトトランジスタ６０ｂを有し、第二フォトカプラ６２も、互いに絶縁された発光ダイオード６２ａ及びフォトトランジスタ６２ｂを有している。

第一フォトカプラ６０は、UARTモジュール５４のtx端子及びgn端子（送信側）を絶縁する働きをし、信号入力側の発光ダイオード６０ａは、アノードがtx端子に接続され、カソードがgn端子に接続されている。そして、信号出力側のフォトトランジスタ６０ｂは、コレクタがTXラインにより引き出され、TX端子により外部に接続可能になっており、エミッタがGNラインにより引き出され、GNt端子により外部に接続可能になっている。

第二フォトカプラ６２は、UARTモジュール５４のrx端子及びgn端子（受信側）を絶縁する働きをし、信号出力側のフォトトランジスタ６２ｂは、コレクタがrx端子に接続され、エミッタがgn端子に接続されている。そして、信号入力側のフォトトランジスタ６０ｂは、アノードがRXラインにより引き出され、RX端子により外部に接続可能になっており、カソードがGNrラインにより引き出され、GNr端子により外部に接続可能になっている。

この変形例に係る電源システム４０の場合、電源装置４６のUARTモジュール５４が、制御回路５２と外部機器４８との間を連結する通信線６４に対して絶縁され、外部機器４８のUARTモジュール５４も同様に、通信線６４に対して絶縁される。したがって、図２の構成の場合と同様の通信を行うことができ、さらに、外部機器４８及び各電源装置４６の各グランド電位が異なる場合でも通信が可能になるという利点がある。また、通信線６４にノイズが混入したとしても各UARTモジュール５４に伝わりにくいので、通信エラーや誤動作が発生しにくい。しかも、この変形例の場合、通信線６４のうち、外部機器４８が送信した命令パケットが通過する通信線６４ａと、電源装置４６が送信した返信パケットが通過する通信線６４ｂとの間も絶縁されるので、ノイズの混入に対する通信の信頼性をさらに高くすることができる。

なお、図８の変形例では、外部機器４８と制御回路５２の双方に絶縁回路が設けてあるが、外部機器４８に絶縁回路を設けない構成にしても構わない。ただし、この場合、外部機器４８が送受信する信号のロジックと制御回路５２の各UARTモジュール５４が送受信する信号のロジックとが互いに反転する点や、通信線６４ａ，６４ｂの間が絶縁されない点などに留意する。

次に、この発明の電源装置とそれを用いた電源システム、及び電源システムの通信方法の第一実施形態について、図９〜図１１に基づいて説明する。ここで、上記の電源装置４６及び電源システム４０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の電源システム６６は、図９に示すように、１つの入力電源４２から電力の供給を受け、ｎ台の負荷４４に対して所定の電圧及び電流を出力するシステムであり、この中に、第一実施形態の電源装置６８がｎ台と、それらを監視又は制御する外部機器７０が１台使用されている。

電源装置６８は、電力変換部５０と、新たな制御回路７２を備えている。制御回路７２は、外部機器７０と通信を行って、電力変換部５０の動作を監視又は制御するものである。

制御回路７２は、図１０に示すように、UARTモジュール５４、ＣＰＵ５６、及びその他の図示しない回路網で構成され、それらの多くの部分が上記のデジタルプロセッサ内に設けられ、その他の部分がデジタルプロセッサの外部に個別回路素子を接続することによって設けられている。これらの点は、上述した図２の制御回路５２と同様である。

異なるのは、UARTモジュール５４のrx端子とtx端子とが互いに接続され、その接続点を引き出したINFラインに、外部に接続可能にするためのINF端子が設けられ、同様に、gn端子を引き出したGNラインにGN端子が設けられている点である。

ＣＰＵ５６は、上記のように、UARTモジュール５４及び電力変換部５０に接続され、図示しないメモリに記録されたプログラムを実行して各種の処理や演算を行う。メモリには、各電源装置６８(1)〜６８(n)又は各制御回路７２(1)〜７２(n)を識別するために付与されたアドレスも記録されている。

外部機器７０は、図１０に示すように、電源装置６８が有する制御回路７２と同様の構成を備えている。以下、外部機器７０の各構成は、それぞれUARTモジュール５４(0)、ＣＰＵ５６(0)、rx(0)端子、tx(0)端子、gn(0)端子、INF(0)端子、GN(0)端子と表する。ただし、外部機器７０は１台なので、外部機器７０には識別用のアドレスが付与されていない。

電源システム６６は、上述したｎ台の電源装置６８(1)〜６８(n)及び外部機器７０で構成され、図９に示すように、電力変換部５０(1)〜５０(n)のIN(1)〜IN(n)端子が入力電源４２の両端に接続され、OUT(1)〜OUT(N)端子にそれぞれ負荷４４(1)〜４４(n)が接続されている。制御回路７２(1)〜７２(n)は、送信及び受信用のINF(1)〜INF(n)端子が互いに接続され、その接続点が外部機器７０のINF(0)端子に連結されている。同様に、グランド用のGN(1)〜GN(n)端子が互いに接続され、その接続点が外部機器７０のGN(0)端子に連結されている。グランド用の信号線は、送信及び受信用の信号線に対して沿わせたり、ツイストさせたりして配線されている。

電源システム６６において、電源装置６８と外部機器７０との間で送受信される通信パケット及び通信フレームについては、上記の電源システム４０と同様である。ただし、外部機器７０が送信した命令パケットは、rx(0)端子及びgn(0)端子を通じて自己のUARTモジュール５４(0)でも受信され、同様に、制御回路７２が送信した返信パケットは、rx(k)端子及びgn(k)端子を通じて自己のUARTモジュール５４(k)でも受信されることになる。したがって、外部機器７０及び制御回路７２は、自己のUARTモジュール５４のtx端子及びgn端子から通信パケット（命令パケット又は返信パケット）を送信しているときは、自己のrx端子及びgn端子を通じて受信される通信パケット内のデータ情報を無視する動作を行う。

以上のように構成された電源システム６６は、図１、図２を用いて説明した電源システム４０と同様の通信が可能であり、同様の優れた作用効果を得ることができる。さらに、外部機器７０と各電源装置６８とを連結する通信線の数が半分になるので、配線が容易であり、通信線間の容量結合による相互干渉等の問題も発生しにくい。

次に、この実施形態の電源システム６０で使用される電源装置６８及び外部機器７０の変形例について、図１１に基づいて説明する。この変形例では、電源装置６８の制御回路７２及び外部機器７０の内部に上記と同様の絶縁回路５８が設けられ、各UARTモジュール５４のrx端子、tx端子及びgn端子が、絶縁回路５８を介してINFライン及びGNラインに引き出されている。

第一フォトカプラ６０は、UARTモジュール５４のtx端子及びgn端子（送信側）を絶縁する働きをし、信号入力側の発光ダイオード６０ａは、アノードがtx端子に接続され、カソードがgn端子に接続されている。そして、信号出力側のフォトトランジスタ６０ｂは、コレクタがINFラインにより引き出され、INF端子により外部に接続可能になっており、エミッタがGNラインにより引き出され、GN端子により外部に接続可能になっている。

第二フォトカプラ６２は、UARTモジュール５４のrx端子及びgn端子（受信側）を絶縁する働きをし、信号出力側のフォトトランジスタ６２ｂは、コレクタがrx端子に接続され、エミッタがgn端子に接続されている。そして、信号入力側の発光ダイオード６０aは、アノードがINFラインにより引き出され、INF端子により外部に接続可能になっており、カソードがGNラインにより引き出され、GN端子により外部に接続可能になっている。

この変形例に係る電源システム６６は、電源装置６８のUARTモジュール５４が、制御回路７２と外部機器７０との間を連結する通信線７４に対して絶縁され、外部機器７０のUARTモジュール５４も同様に通信線７４に対して絶縁される。したがって、図１０の構成の場合と同様の通信を行うことができ、さらに、外部機器７０及び各電源装置７２の各グランド電位が異なる場合でも通信が可能になるという利点がある。また、通信線７４にノイズが混入したとしても各UARTモジュール５４に伝わりにくいので、通信エラーや誤動作が発生しにくい。

なお、図１１の変形例では、外部機器７０と制御回路７２の双方に絶縁回路が設けてあるが、外部機器７０に絶縁回路を設けない構成にしても構わない。ただし、この場合、外部機器７０が送受信する信号のロジックと制御回路７２の各UARTモジュール５４が送受信する信号のロジックとが互いに反転する点などに留意する。

次に、この発明の電源装置とそれを用いた電源システム、電源システムの通信方法の第二実施形態について、図１２〜図１５に基づいて説明する。ここで、上記の第一実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の電源システム７６は、図１２に示すように、１つの入力電源４２から電力の供給を受け、ｎ台の負荷４４に対して所定の電圧及び電流を出力するシステムであり、この中に、第二実施形態の電源装置７８がｎ台と、それらを監視又は制御する外部機器７０が１台使用されている。外部機器７０は、上記の第一実施形態の外部機器７０と同様である。電源装置７８は、それぞれ電力変換部５０と、新たな制御回路８０とを備えている。制御回路８０は、外部機器７０と通信を行って、電力変換部５０の動作を監視又は制御するものである。さらに、この電源システム７６では、外部機器７０のINF(0)端子とGN(0)端子との間に、スイッチ８２が設けられている。

スイッチ８２は、オンオフを切り替えることによって、電力変換部５０の電力変換動作を開始又は停止させる働きをする。スイッチ８２をオンにすると、外部機器７０のINF(0)端子とGN(0)端子との間が短絡され、各電源装置７８のUARTモジュール５４のrx端子の電圧がアクティブレベル（ここではローレベル）に保持される。スイッチ８２がオフすると、それが解除される。

制御回路８０は、図１３に示すように、UARTモジュール５４、ＣＰＵ５６、I/Oポート８４及びその他の図示しない回路網で構成されており、図１０の制御回路７２と異なるのは、I/Oポート８４が設けられている点である。I/Oポート８４は、信号入力端子であるI端子がUARTモジュール５４のrx端子に接続され、rx端子の電圧の状態を観測してＣＰＵ５６に伝達する働きをする。

ＣＰＵ５６は、上記のように、UARTモジュール５４及び電力変換部５０に接続され、図示しないメモリに記録されたプログラムを実行して各種の処理や演算を行う。また、ＣＰＵ５６には、第一及び第二基準時間Ta，Tbが設定されており、第二基準時間Tbは、INFライン及びGNラインを通じて受信される通信パケット（命令パケット及び返信パケット）に含まれる通信フレームの１つ当たりの通信時間Tcよりも長い。ＣＰＵ５６は、I/Oポート８４を通じて自己のrx端子の電圧を観測し、rx端子の電圧が第一基準時間Taを超えてデフォルトレベル（ここではハイレベル）を継続すると、自己の電力変換部５０の電力変換動作を開始させ、rx端子の電圧が第二基準時間Tbを超えてアクティブレベル（ここではローレベル）を継続すると、電力変換部５０が電力変換動作を停止させる。

次に、電源システム７６の動作について説明する。図１４（ａ）は、電源装置７８の電力変換部５０が電力変換動作を開始するときのタイムチャートである。スイッチ８２がオンのとき、INFラインがGNラインに短絡され、rx端子の電圧がアクティブレベル（ローレベル）に保持されており、電力変換動作が停止している。次に、スイッチ８２をオフに切り替えると、INFラインの短絡が解除され、ほぼ同時にrx端子の電圧がデフォルトレベル（ハイレベル）に反転し、その後、デフォルトレベルが第一基準時間Taを超えて継続すると、ＣＰＵ５６から指令を受けた電力変換部５０が電力変換動作を開始し、出力電圧Voutが発生する。

図１４（ｂ）は、電源装置７８の電力変換部５０が電力変換動作を停止するときのタイムチャートである。スイッチ８２がオフしているときは、電力変換部５０が電力変換動作を行っており、上記の電源システム６６と同様に、INFライン及びGNラインを通じて通信が行われている。通信フレームの１つ当たりの通信時間はTcであり、２つの通信フレームの間の時間であって、rx端子の電圧がデフォルトレベル（ハイレベル）となる時間が待機時間Tdである。ここで、I/Oポート８４によるサンプリング時間は、待機時間Tdよりも十分短い。次に、スイッチ８２をオンに切り替えると、INFラインがGNラインに短絡され、ほぼ同時にrx端子の電圧がアクティブレベル（ローレベル）に反転し、その後、アクティブレベルが第二基準時間Tbを超えて継続すると、ＣＰＵ５６から指令を受けた電力変換部５０が電力変換動作を停止し、出力電圧Voutが低下する。ここで、第二基準時間Tbが通信フレームの通信時間Tcよりも長く設定されているので、ＣＰＵ５６は、I/Oポート８４を通じて観測されるアクティブレベルが「スイッチ８４によるアクティブレベル」なのか「通信フレーム中のアクティブレベル」なのかを明確に識別することができ、電力変換部５０に対して的確な指令を出すことができる。

以上説明したように、電源システム７６は、図９、図１０を用いて説明した電源システム６６と同様の通信が可能であり、同様の優れた作用効果を得ることができ、さらに、スイッチ８２のオンオフを切り替えることによって、各電源装置８０の電力変換部５０の電力変換動作の開始又は停止を容易に制御することができる。

次に、この実施形態の電源システム７６で使用される電源装置７８の変形例について、図１５に基づいて説明する。この変形例では、電源装置７８の制御回路８０の内部に上記と同様の絶縁回路５８が設けられ、各UARTモジュール５４のrx端子、tx端子gn端子、及びI/Oポート８４のI端子が、絶縁回路５８を介してINFライン及びGNラインに引き出されている。I端子はrx端子に接続され、rx端子と同様に第二フォトトランジスタ６２ｂのコレクタに接続される。

この変形例に係る電源システム７６は、電源装置７８のUARTモジュール５４及びI/Oポート８４が、制御回路８０と外部機器７０との間を連結する通信線７４に対して絶縁される。したがって、図１３の構成の場合と同様の通信を行うことができ、さらに、外部機器７０及び各電源装置８０の各グランド電位が異なる場合でも通信が可能になるという利点がある。また、通信線７４にノイズが混入したとしても各UARTモジュール５４及びI/Oポート８４に伝わりにくいので、通信エラーや誤動作が発生しにくい。

なお、この発明の電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、電源装置の電力変換部は、スイッチングレギュレータ又はシリーズレギュレータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ又はＡＣ−ＤＣコンバータなど、自由に選択することができ、入出力絶縁型か非絶縁型かも問わない。また、通信を行う制御回路は、電力変換部の出力電圧制御手段と合わせて１つのデジタルプロセッサ内に構成してもよいし、別個に独立して設けてもよい。

また、この発明の電源システムは、電源システムがそのまま最終装置に組み込まれて使用されるものでもよいし、例えば、電源装置の生産工場で電源装置の出荷試験を行う試験システムに適用し、この試験システムを使用して個々の電源装置の初期設定（例えば、出力電圧制御手段の制御特性のキャリブレーションなど）を行ってもよい。また、外部機器を電源装置で構成し、その電源装置をマスタ電源として、他のスレーブ電源との間で通信を行うようにすれば、例えば、並列運転時の電流バランス制御、冗長運転の制御などを行うことも可能である。また、通信の安定性を高めるため、外部機器及び各電源装置を連結する通信線の経路に、バッファ回路やノイズフィルタ回路等を適宜挿入しても構わない。

また、電源システムにおいて、入力電源は１種類である必要はなく、電源装置ごとに、電圧値の異なる入力電源を個別に接続してもよい。特に、各電源装置の制御回路に上記のような絶縁回路を設けることによって、電源装置ごとにグランド電位の異なる入力電源を接続することも可能になる。

また、この発明の電源システムの通信方法に関し、図３で説明した通信フレーム、通信パケット（命令パケット及び返信パケット）、及び通信の動作は一例に過ぎず、通信フレームのフォーマット、データ情報の内容、ビット数の割り振り、１つの通信パケットの通信フレームの数などは自由に変更できる。

４０，６６，７６ 電源システム
４６，６８，７８ 電源装置
４８，７０ 外部機器
５０ 電力変換部
５２，７２，８０ 制御回路
５４ UARTモジュール
５６ ＣＰＵ
５８ 絶縁回路
８２ スイッチ
８４ I/Oポート

Claims (9)

1. 出力電圧制御手段を有し、入力電圧を所定の出力電圧に変換して出力する電力変換部と、外部機器と双方向通信を行うと共に前記電力変換部の動作を監視又は制御する制御回路とを備えた電源装置において、
   前記制御回路は、受信用のrx端子、送信用のtx端子及び信号グランド用のgn端子が設けられたUARTモジュールと、前記UARTモジュール及び前記電力変換部に接続され、メモリに記録されたプログラムを実行して各種の処理や演算を行うＣＰＵと、前記rx端子と前記tx端子とを接続して引き出したINFラインを外部に接続可能にするINF端子と、前記gn端子を引き出したGNラインを外部に接続可能にするGN端子とを備え、
   使用に際して、前記外部機器に前記INF端子及び前記GN端子が個別に連結され、前記外部機器と前記UARTモジュールとの間で、前記INFライン及び前記GNラインを通じて双方向通信が可能であり、
   前記UARTモジュールは、前記外部機器から前記INFライン及び前記GNラインを通じて、１つ以上の通信フレームで構成された通信パケットを受信し、前記INFライン及び前記GNラインを通じて、１つ以上の通信フレームで構成された通信パケットを前記外部機器へ送信し、個々の前記通信フレーム内の通信情報には、アドレス情報とデータ情報とが含まれ、
   前記制御回路は、自己のアドレスと一致しない前記アドレス情報を含む前記通信パケットを受信すると、その通信パケット内の前記データ情報を無視すると共に、前記UARTモジュールが前記tx端子及び前記gn端子を通じて前記通信パケットを送信している時、前記rx端子及び前記gn端子を通じて受信される前記通信パケット内の前記データ情報を無視することを特徴とする電源装置。
   
2. 前記UARTモジュールの前記rx端子、前記tx端子及び前記gn端子は、絶縁回路を介して前記INFライン及び前記GNラインに引き出されている請求項１記載の電源装置。
3. 前記制御回路には、信号入力端子であるI端子が前記rx端子に接続されたI/Oポートが設けられ、
   前記ＣＰＵには第一及び第二基準時間が設定され、前記第二基準時間は前記INFライン及び前記GNラインを通じて受信される前記通信パケットに含まれる前記通信フレームの１つ当たりの通信時間よりも長い時間であり、
   前記ＣＰＵは、前記I/Oポートを通じて前記rx端子の電圧を観測し、前記rx端子の電圧が前記第一基準時間を超えてデフォルトレベルを継続すると前記電力変換部の電力変換動作を開始させ、前記rx端子の電圧が前記第二基準時間を超えてアクティブレベルを継続すると、前記電力変換部の電力変換動作を停止させる請求項１又は２記載の電源装置。
4. 前記請求項１又は２記載の電源装置を１台以上と、当該電源装置が有する前記制御回路と同様の構成の前記UARTモジュール、INF端子及びGN端子を有する前記外部機器とで構成され、
   前記外部機器の前記INF端子が、前記各電源装置の前記INF端子に連結され、前記外部機器の前記GN端子が、前記各電源装置の前記GN端子に連結され、
   前記外部機器は、自己の前記INF端子及び前記GN端子を通じて、前記通信パケットである命令パケットを送信し、その命令パケット内の前記各通信フレームには、命令対象である前記電源装置の前記制御回路を示す前記アドレス情報が含まれ、
   前記各電源装置の前記制御回路は、自己の前記INF端子及び前記GN端子を通じて、前記通信パケットである返信パケットを送信することができ、その返信パケット内の前記各通信フレームには、自己の前記アドレス情報が含まれ、
   前記各制御回路は、受信した前記命令パケット内の前記アドレス情報が自己のアドレスと一致する場合には、前記命令パケット内のデータ情報に基づく所定の処理を行って、前記命令パケットに応答する前記返信パケットを送信し、一致しない場合には、前記命令パケット内のデータ情報を無視し、前記返信パケットを送信しないことを特徴とする電源システム。
5. 前記請求項３記載の電源装置を１台以上と、当該電源装置が有する前記制御回路と同様の構成の前記UARTモジュール、INF端子及びGN端子を有する前記外部機器とで構成され、
   前記外部機器の前記INF端子が、前記各電源装置の前記INF端子に連結され、前記外部機器の前記GN端子が、前記各電源装置の前記GN端子に連結され、
   前記外部機器は、自己の前記INF端子及び前記GN端子を通じて、前記通信パケットである命令パケットを送信し、その命令パケット内の前記各通信フレームには、命令対象である前記電源装置の前記制御回路を示す前記アドレス情報が含まれ、
   前記各電源装置の前記制御回路は、自己の前記INF端子及び前記GN端子を通じて、前記通信パケットである返信パケットを送信することができ、その返信パケット内の前記各通信フレームには、自己の前記アドレス情報が含まれ、
   前記各制御回路は、受信した前記命令パケット内の前記アドレス情報が自己のアドレスと一致する場合には、前記命令パケット内のデータ情報に基づく所定の処理を行って、前記命令パケットに応答する前記返信パケットを送信し、一致しない場合には、前記命令パケット内のデータ情報を無視し、前記返信パケットを送信せず、
   さらに、前記外部機器の前記INF端子と前記GN端子との間にスイッチが接続され、前記スイッチのオンオフを切り替えることによって、前記電源装置の前記電力変換部が電力変換動作を開始又は停止させることを特徴とする電源システム。
6. 前記命令パケット及び前記返信パケットは、それぞれ複数の前記通信フレームで構成され、前記複数の通信フレームうちの１つが有するデータ情報には、それぞれエラー検出情報が含まれ、
   前記各制御回路は、自己のアドレスと一致する前記アドレス情報を含む前記命令パケットを受信すると、その命令パケット内の前記エラー検出情報を照合することによって、その命令パケットに通信エラーが発生しているか否かを判断し、
   前記外部機器は、前記返信パケットを受信すると、その返信パケット内の前記エラー検出情報を照合することによって、その返信パケットに通信エラーが発生しているか否かを判断する請求項４又は５記載の電源システム。
7. 前記命令パケット及び前記返信パケットは、それぞれ５つの前記通信フレームで構成され、
   前記命令パケット内の通信フレームの組み合わせは、次の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のパターンの中の何れかが適宜選択され、前記返信パケット内の通信フレームの組み合わせは、次の（Ｄ）のパターンが選択される請求項６記載の電源システム。
   （Ａ）
   A1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   A2：４ビットの前記エラー検出情報と１ビットの引き数情報とで成るデータ情報を有する通信フレーム
   A3：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   A4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   A5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   （Ｂ）
   B1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   B2：４ビットの前記エラー検出情報を含む前記データ情報を有する通信フレーム
   B3：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   B4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   B5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   （Ｃ）
   C1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   C2：４ビットの前記エラー検出情報を含む前記データ情報を有する前記通信フレーム
   C3：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   C4：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   C5：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   （Ｄ）
   D1：５ビットの識別子情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   D2：４ビットの前記エラー検出情報と１ビットの引数情報とで成る前記データ情報を有する通信フレーム
   D3：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   D4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   D5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   ただし、前記命令情報は、前記電源装置に対する命令の情報であり、前記引数情報は、前記電源装置の特性値を示す情報であり、前記識別子情報は、その返信パケット内の引数情報が何かを示す情報である。
8. UARTモジュールをそれぞれ有した外部機器及び１つ以上の電源装置が設けられ、前記外部機器と前記電源装置との間で双方向通信を行う電源システムの通信方法において、
   １回の通信は、前記外部機器が前記電源装置に向けて送信する命令パケットとその命令パケットに応答した前記電源装置が前記外部機器に向けて送信する返信パケットとが対になって成立し、
   前記命令パケット及び前記返信パケットは、それぞれ複数の通信フレームで構成され、前記各通信フレーム内の通信情報には、前記電源装置に付与されたアドレスを示すアドレス情報とデータ情報とが含まれ、前記複数の通信フレームうちの１つが有するデータ情報には、それぞれエラー検出情報が含まれ、
   前記電源装置は、自己のアドレスと一致する前記アドレス情報を含む前記命令パケットを受信すると、その命令パケット内の前記エラー検出情報を照合することによって、その命令パケットに通信エラーが発生しているか否かを判断し、
   前記外部機器は、前記返信パケットを受信すると、その返信パケット内の前記エラー検出情報を照合することによって、その返信パケットに通信エラーが発生しているか否かを判断することを特徴とする電源システムの通信方法。
9. 前記命令パケット及び前記返信パケットは、それぞれ５つの前記通信フレームで構成され、
   前記命令パケット内の通信フレームの組み合わせは、次の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のパターンの中の何れかが適宜選択され、前記返信パケット内の通信フレームの組み合わせは、次の（Ｄ）のパターンが選択される請求項８記載の電源システムの通信方法。
   （Ａ）
   A1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   A2：４ビットの前記エラー検出情報と１ビットの引き数情報とで成るデータ情報を有する通信フレーム
   A3：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   A4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   A5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   （Ｂ）
   B1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   B2：４ビットの前記エラー検出情報を含む前記データ情報を有する通信フレーム
   B3：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   B4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   B5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   （Ｃ）
   C1：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   C2：４ビットの前記エラー検出情報を含む前記データ情報を有する前記通信フレーム
   C3：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   C4：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   C5：５ビットの命令情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   （Ｄ）
   D1：５ビットの識別子情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   D2：４ビットの前記エラー検出情報と１ビットの引数情報とで成る前記データ情報を有する通信フレーム
   D3：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   D4：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   D5：５ビットの引数情報で成る前記データ情報を有する前記通信フレーム
   ただし、前記命令情報は、前記電源装置に対する命令の情報であり、前記引数情報は、前記電源装置の特性値を示す情報であり、前記識別子情報は、その返信パケット内の引数情報が何かを示す情報である。

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