JP5978489B2 - DC power supply unit and DC power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、直流電源ユニット、及び直流電源システムに関する。 The present invention relates to a DC power supply unit and a DC power supply system.
直流電源システムには、直流電源ユニットを複数台設けて、並列冗長運転方式の直流電源システムを構成しているものがある。この方式の直流電源システムは電源ユニットが１台故障しても、予備の直流電源ユニットを作動させることにより、負荷のシステムの動作に影響を与えないようにしている。 Some DC power supply systems include a plurality of DC power supply units to constitute a parallel redundant operation type DC power supply system. In this type of DC power supply system, even if one power supply unit fails, the backup DC power supply unit is operated so that the operation of the load system is not affected.
図９は、並列冗長運転方式の直流電源システムの例を示す図である。この図に示す直流電源システム１００Ａは、直流電源ユニットをｎ＋１台搭載しており、各直流電源ユニット１〜ｎ＋１のそれぞれは、入力される交流電圧（ＡＣ入力）を直流電圧に変換して負荷ＲＬに直流の電力を供給する直流電源装置である。また、各直流電源ユニット１〜ｎ＋１のそれぞれは、出力電圧を検出して出力電圧基準信号との差分に対応して出力トランスの一次側に接続されたスイッチング素子のＯＮ（オン）幅を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ回路を有している（図５を参照）。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a DC power supply system of a parallel redundant operation method. The DC
この図に示す直流電源システム１００Ａは、通常動作時には、ｎ台の直流電源ユニット１〜ｎを作動させて負荷ＲＬに電力を供給しており、直流電源ユニット１〜ｎのいずれかが故障した場合に、ｎ＋１台目の直流電源ユニットを故障したユニットの代替のユニットとして使用する。また、この直流電源システム１００Ａは、停電の際にも負荷ＲＬへの電力の供給を継続できるように、バッテリ６１を備える蓄電装置６０を有している。停電によりＡＣ入力が失われた場合は、バッテリ６１からダイオードＤＸ１を通して負荷ＲＬに電力を供給する。
そして、この直流電源システム１００Ａでは、（ｎ＋１）台目の直流電源ユニットが、予備の電源ユニットとして使用されるとともに、バッテリ６１への充電器を兼ねている。
In the normal operation, the DC
In this DC
なお、関連するＤＣ／ＤＣコンバータ及び直流電源システムがある（特許文献１を参照）。この特許文献１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータでは、垂下の場合を除き、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が定格電圧を下回った際には電源ユニット故障と判断するＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的としている。
There are related DC / DC converters and DC power supply systems (see Patent Document 1). The DC / DC converter described in
図９に示す並列冗長運転方式の直流電源システム１００Ａにおいて、各直流電源ユニット１〜ｎ＋１のそれぞれは、一般に過電流保護回路（出力電流制限回路）を備えている。この過電流保護回路は、負荷の過電流状態を電流検出器等により検出すると、出力電圧を低下させて過電流制限を行う、所謂、定電流垂下動作を行う。例えば、図２（Ｂ）に示すように、負荷に過電流が流れる場合には、出力電圧Ｖｏを低下させ（出力電圧を垂下させ）、所定の過電流制限値（定格最大電流）ＩＬ以上の電流が流れないようにしている。このように、直流電源ユニット１〜ｎ＋１のそれぞれは定電流垂下特性を有している。
なお、直流電源ユニットでは、定格電流（連続して負荷に流すことができる１００％電流）と、過電流制限（定電流垂下動作）を行う電流とが異なる場合もあるので（勿論、一致する場合もある）、直流電源ユニットから負荷に供給できる最大電流（より正確には過電流制限（定電流垂下動作）が行われる電流）を「定格最大電流」と呼ぶ。
In the DC
In DC power supply units, the rated current (100% current that can flow continuously to the load) and the current for overcurrent limiting (constant current drooping operation) may differ (of course, they match) The maximum current that can be supplied from the DC power supply unit to the load (more precisely, the current that performs overcurrent limiting (constant current drooping operation)) is called the “rated maximum current”.
ところで、図９に示す直流電源システムにより、定電力特性を持つインバータ（例えば、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ）などの負荷ＲＬを駆動する場合において、入力停電時のバッテリ６１の放電中に復電した場合に、上記定電流垂下特性が問題になることがある。
すなわち、バッテリ６１により定電力特性を持つ負荷ＲＬに電力を供給する場合は、バッテリ６１は放電により次第に電圧が低下するため、負荷ＲＬに流れる電流が増大し、各直流電源ユニットの定格最大電流ＩＬ以上の電流が流れることがある。この負荷ＲＬに定格最大電流ＩＬ以上の電流が流れている状態において復電した場合に、直流電源ユニットを起動して、そのまま負荷ＲＬに連続して電流を供給しようとしても、直流電源ユニットでは過電流制限のための定電流垂下動作が行われ、出力電流が定格最大電流ＩＬに制限されることになる。このため、負荷ＲＬへの供給電流が足りなくなるとともに、直流電源ユニットが所要定格電圧に復旧できない状態が生じる。
By the way, in the case of driving a load RL such as an inverter having constant power characteristics (for example, an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage) by the DC power supply system shown in FIG. When power is restored, the constant current drooping characteristic may become a problem.
That is, when power is supplied from the
例えば、具体的な例として、直流電源ユニットの台数ｎは７台であり、その定格出力電圧が３８３Ｖであり、負荷が１００ＫＷの定電力特性を持つインバータの場合に、蓄電池電圧が徐々に放電して低下し２７０Ｖの手前で入力停電から復電した場合には、負荷ＲＬに流す所要電流は３７０．４Ａ（≒１００ＫＷ／２７０Ｖ）になる。すなわち、入力電源の復電の直後には、各直流電源ユニットから５２．９Ａ（≒３７０．４Ａ／７）の電流を負荷ＲＬに供給する必要がある。 For example, as a specific example, the number n of DC power supply units is 7, the rated output voltage is 383 V, and the load is gradually discharged in the case of an inverter having a constant power characteristic with a load of 100 KW. When the power is restored from an input power failure before 270V, the required current to flow through the load RL is 370.4 A (≈100 kW / 270 V). That is, immediately after the input power is restored, it is necessary to supply a current of 52.9 A (≈370.4 A / 7) from each DC power supply unit to the load RL.
しかしながら、各ユニットの定格出力電力は「１００ＫＷ／７」であり、その定格出力電圧は３８３Ｖである。このため定格電流（この例では、定格電流と定格最大電流が同じ）は３７．３Ａ（≒１００ＫＷ／（３８３Ｖ×７））となり、各直流電源ユニットは、その過電流保護機能として、電流制限値（３７．３Ａ）で定電流垂下特性を持つように設計されている。したがって、直流電源ユニットの復電の際には、出力電圧の立ち上がりとともに過電流保護機能（定電流垂下特性）が作動し、出力電流が定格電流（３７．３Ａ）に制限された状態（出力電圧は低下したままの状態）が続き、定格出力電圧（３８３Ｖ）に復旧できない事態が生じる。 However, the rated output power of each unit is “100 KW / 7”, and the rated output voltage is 383 V. Therefore, the rated current (in this example, the rated current and the rated maximum current are the same) is 37.3 A (≈100 kW / (383 V × 7)), and each DC power supply unit has a current limit value as its overcurrent protection function. It is designed to have a constant current drooping characteristic at (37.3A). Therefore, when the DC power supply unit is restored, the overcurrent protection function (constant current drooping characteristic) is activated as the output voltage rises, and the output current is limited to the rated current (37.3 A) (output voltage). Will continue to be lowered), and there will be a situation where the rated output voltage (383 V) cannot be restored.
この問題を解決するためには、従来、各直流電源ユニットに定電力垂下特性を持たせる方法がある。すなわち、負荷電流の大きさに応じて出力電圧を変化させる機能を持たせる方法である。例えば、上述した例では、直流電源ユニットから５２．９Ａ（≒３７０．４Ａ／７）の電流を負荷に供給する場合は、その出力電圧が２７０Ｖになるように制御し、その後、次第に出力電圧を増大（同時に出力電流を低下）させるようにする。 In order to solve this problem, conventionally, there is a method of giving each DC power supply unit a constant power drooping characteristic. That is, it is a method of providing a function of changing the output voltage according to the magnitude of the load current. For example, in the above-described example, when a current of 52.9 A (≈370.4 A / 7) is supplied from the DC power supply unit to the load, the output voltage is controlled to be 270 V, and then the output voltage is gradually increased. Increase (at the same time decrease the output current).
しかしながら、上述した従来方法では、直流電源ユニットが定電力垂下特性を持つことが必要となり、また、定電力垂下動作が連続して発生することも考慮して、定電力垂下対応のユニットを設計しなければならない。その結果、定電力垂下動作時に流れる電流が増えることにより、これに応じた電流容量を持つスイッチング素子（スイッチィグトランジスタなど）の選定（スイッチィグトランジスタなどの大型化）が必要になる。また、垂下電流が増大することに対応した熱設計が必要になる。例えば、出力トランスの巻き線を太くする必要があり、また、スイッチィグトランジスタの熱損失が増大することに対応した放熱設計（ヒートシンクや冷却ファンの大型化）が必要になる。このため、直流電源ユニットの寸法が増大し、製造コストも増加するという問題が生じる。 However, in the conventional method described above, the DC power supply unit needs to have a constant power drooping characteristic, and a unit for constant power drooping is designed in consideration of the fact that the constant power drooping operation occurs continuously. There must be. As a result, the current that flows during the constant power drooping operation increases, so that it is necessary to select a switching element (such as a switching transistor) having a current capacity corresponding to this (upsizing the switching transistor or the like). In addition, a thermal design corresponding to the increase in drooping current is required. For example, it is necessary to make the winding of the output transformer thicker, and it is necessary to have a heat dissipation design (an increase in size of a heat sink or a cooling fan) corresponding to an increase in heat loss of the switching transistor. For this reason, the dimension of a DC power supply unit increases and the problem that manufacturing cost also arises arises.
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、通常動作時において必要とされる仕様（例えば、スイッチング素子の選定や熱設計の仕様）のままで、起動の際に、通常動作時の定格最大電流以上の電流を負荷に供給することができる、直流電源ユニット、及び直流電源システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to maintain specifications (for example, selection of switching elements and thermal design specifications) required during normal operation, and at the time of startup. Another object of the present invention is to provide a DC power supply unit and a DC power supply system capable of supplying a current exceeding the rated maximum current during normal operation to a load.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の直流電源ユニットは、過電流保護のために出力電流を所定の値に制限する定電流垂下動作を行う直流電源ユニットであって、起動時、または、停電により供給される電力が遮断された後の復電により起動する際に、出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させて出力電流を増加させる定電力垂下動作を一時的に行い、前記所定の値以上の電流を負荷に供給することを特徴とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the DC power supply unit of the present invention is a DC power supply unit that performs a constant current drooping operation that limits the output current to a predetermined value for overcurrent protection. When starting up or when starting up by power recovery after the power supplied due to a power failure is cut off, the output current is lowered by dropping the output voltage so that the product of the output current and the output voltage is constant. A constant power drooping operation to be increased is temporarily performed, and a current of the predetermined value or more is supplied to a load.
また、本発明の直流電源ユニットは、起動時、または、所定の指示がされた際において、負荷に前記所定の値以上の電流を供給する必要がある場合に、出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させる定電力垂下動作を行い、前記所定の値以上の電流を負荷に供給することを特徴とする。 In addition, the DC power supply unit of the present invention is the product of the output current and the output voltage when it is necessary to supply a current greater than the predetermined value to the load at the start-up or when a predetermined instruction is given. A constant power drooping operation is performed to droop the output voltage so as to be constant, and a current greater than the predetermined value is supplied to the load.
また、本発明の直流電源ユニットは、前記直流電源ユニットの出力側にはバッテリを有する蓄電装置が接続され、前記負荷は定電力特性を持つ負荷であり、停電により前記直流電源システムへ電源が供給されなくなった場合に前記蓄電装置から前記負荷に電力を供給し、復電の際の直流電源ユニットの起動時において、当該直流電源ユニットから前記負荷に前記所定の値以上の電流を供給する必要がある場合に、出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させる定電力垂下動作を行い、前記所定の値以上の電流を負荷に供給することを特徴とする。 In the DC power supply unit of the present invention, a power storage device having a battery is connected to the output side of the DC power supply unit, the load is a load having a constant power characteristic, and power is supplied to the DC power supply system due to a power failure. When power is no longer being supplied, power is supplied from the power storage device to the load, and when starting the DC power supply unit at the time of power recovery, it is necessary to supply a current greater than the predetermined value from the DC power supply unit to the load. In some cases, a constant power drooping operation is performed to droop the output voltage so that the product of the output current and the output voltage is constant, and a current greater than the predetermined value is supplied to the load.
また、本発明の直流電源ユニットは、前記直流電源ユニットは、出力電圧を検出して出力電圧基準信号との差分に対応して出力トランスの一次側に接続されたスイッチング素子のＯＮ幅を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ回路を有し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路には、前記出力トランスの一次側に流れる一次電流を検出し、該一次電流の検出信号と所定の一次垂下基準信号とを比較し、この比較結果を基に前記スイッチング素子のＯＮ幅を制御して垂下動作を行う一次垂下回路と、出力トランスの二次側に繋がる整流回路部から出力される出力電流を検出し、該出力電流の検出信号と所定の二次垂下基準信号とを比較し、この比較結果を基に前記スイッチング素子のＯＮ幅を制御して定電流垂下動作または定電力垂下動作を行う二次垂下回路と、を備え、前記一次垂下回路において垂下動作を開始させる一次垂下基準信号のレベルは、前記二次垂下回路において定電流垂下動作または定電力垂下動作を開始させる二次垂下基準信号のレベルよりも大きく設定され、前記二次垂下回路において定電力垂下動作を行う際には、前記一次垂下基準信号のレベルと前記二次垂下基準信号のレベルとを、前記二次垂下回路において定電流垂下動作を行う際のそれぞれのレベルよりも所定の割り合いだけ増加させることを特徴とする。 In the DC power supply unit of the present invention, the DC power supply unit detects the output voltage and controls the ON width of the switching element connected to the primary side of the output transformer corresponding to the difference from the output voltage reference signal. A DC / DC converter circuit, wherein the DC / DC converter circuit detects a primary current flowing on the primary side of the output transformer, compares the detection signal of the primary current with a predetermined primary drooping reference signal, Based on the comparison result, the output current output from the primary droop circuit that performs the drooping operation by controlling the ON width of the switching element and the rectifier circuit unit connected to the secondary side of the output transformer is detected. A secondary drooping operation that compares a detection signal with a predetermined secondary drooping reference signal and controls the ON width of the switching element based on the comparison result to perform a constant current drooping operation or a constant power drooping operation. The level of the primary droop reference signal for starting the drooping operation in the primary droop circuit is higher than the level of the secondary droop reference signal for starting the constant current droop operation or the constant power droop operation in the secondary droop circuit. When the constant drooping operation is performed in the secondary droop circuit, the level of the primary droop reference signal and the level of the secondary droop reference signal are set to the constant droop operation in the secondary droop circuit. It is characterized in that it is increased by a predetermined percentage from each level when performing.
また、本発明の直流電源ユニットは、前記二次垂下回路は、前記出力電流の検出信号と前記二次垂下基準信号とを比例積分回路を用いて比較し、所定の時定数を有して比較結果を出力し、該比較結果を基に前記定電力垂下動作を行い、前記一次垂下回路は、前記出力トランスの一次側電流の検出信号と前記一次垂下基準信号とを比較器を用いて比較し、該比較結果を基に直ちに前記垂下動作を行うことを特徴とする。 In the DC power supply unit of the present invention, the secondary droop circuit compares the detection signal of the output current and the secondary droop reference signal using a proportional integration circuit, and compares with a predetermined time constant. The result is output and the constant power drooping operation is performed based on the comparison result. The primary droop circuit compares the detection signal of the primary current of the output transformer and the primary droop reference signal using a comparator. The hanging operation is immediately performed based on the comparison result.
また、本発明の直流電源ユニットは、前記一次垂下回路は、定電流垂下動作を行うことを特徴とする。 The DC power supply unit of the present invention is characterized in that the primary drooping circuit performs a constant current drooping operation.
また、本発明の直流電源システムは、上記のいずれかに記載の直流電源ユニットの複数台のそれぞれを並列に接続して構成され、前記直流電源ユニットを並列に運転して負荷に電力を供給することを特徴とする。 In addition, a DC power supply system of the present invention is configured by connecting each of a plurality of DC power supply units described above in parallel, and operates the DC power supply units in parallel to supply power to a load. It is characterized by that.
また、本発明の直流電源システムは、前記負荷は定電力特性を持つ負荷であり、また、前記直流電源システムの出力側はバッテリを含む蓄電装置に接続され、停電により前記直流電源システムへ入力電源が供給されなくなった場合に、前記蓄電装置から前記負荷に電力を供給し、復電時に各直流電源ユニットが起動する際に、各直流電源ユニットから前記負荷に所定の値以上の電流を供給する必要がある場合は、各直流電源ユニットに出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させる定電力垂下動作を行わせて、前記所定の値以上の電流を負荷に供給することを特徴とする。 In the DC power supply system of the present invention, the load is a load having a constant power characteristic, and the output side of the DC power supply system is connected to a power storage device including a battery, and an input power supply to the DC power supply system due to a power failure When power is no longer supplied, power is supplied from the power storage device to the load, and each DC power supply unit supplies a current of a predetermined value or more to each load when the DC power supply unit is activated at the time of power recovery. If necessary, each DC power supply unit is supplied with a current equal to or greater than the predetermined value by performing a constant power drooping operation that droops the output voltage so that the product of the output current and the output voltage is constant. It is characterized by doing.
また、本発明の直流電源システムは、前記直流電源システムは、１番目から（ｎ＋１）番目までの（ｎ＋１）台の直流電源ユニットを並列に接続して構成され、通常動作時は、１番目からｎ番目までの直流電源ユニットを運転して前記負荷に電力を供給し、１番目からｎ番目までの直流電源ユニットのいずれかが故障した場合には、前記（ｎ＋１）番目の直流電源ユニットを代替のユニットとして使用するとともに、通常動作時には、前記（ｎ＋１）番目の直流電源ユニットを前記バッテリへ充電を行う充電兼用ユニットとして使用することを特徴とする。 Further, the DC power supply system of the present invention is configured by connecting the (n + 1) th (n + 1) th DC power supply units in parallel to each other from the first to the (n + 1) th DC power supply system. The nth DC power supply unit is operated to supply power to the load, and if any of the first to nth DC power supply units fails, the (n + 1) th DC power supply unit is replaced. And the (n + 1) th DC power supply unit is used as a charging unit for charging the battery during normal operation.
本発明の直流電源ユニット及び直流電源システムでは、起動時のみに定電力垂下特性を持たせることで、一時的に所定の値以上の電流（例えば、通常動作時の定格最大電流以上の電流）を負荷に流せるようにする。
これにより、通常動作時において必要とされる仕様（例えば、スイッチング素子の選定や熱設計の仕様）のままで、起動の際に、通常動作時の定格最大電流以上の電流を負荷に供給することができる。
In the DC power supply unit and DC power supply system of the present invention, a constant power drooping characteristic is given only at the time of start-up, so that a current temporarily exceeding a predetermined value (for example, a current exceeding the rated maximum current during normal operation) is obtained. Allow the load to flow.
As a result, the current exceeding the rated maximum current during normal operation is supplied to the load during startup while maintaining the specifications required for normal operation (for example, switching element selection and thermal design specifications). Can do.
（直流電源ユニットの構成についての説明）
図１は、本実施形態に係わる直流電源ユニット１０の構成を示すブロック図である。この図に示す直流電源ユニット１０は、定電力特性を持つ負荷ＲＬに、蓄電装置６０と連動して電力を供給する場合に好適に使用できる直流電源ユニット１０である。すなわち、停電の際には、蓄電装置６０内のバッテリ６１から負荷ＲＬに電力を供給し、復電後は、直流電源ユニット１０から負荷ＲＬに電力を供給するものである。
(Description of the configuration of the DC power supply unit)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a DC
なお、定電力特性を持つ負荷とは、負荷の消費電力が電圧の変化にかかわらず一定である特性を持つ負荷（例えば、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ等である）。また、前述のように、直流電源ユニット１０では、定格電流（連続して負荷に流すことができる１００％電流）と、過電流制限（定電流垂下動作）を行う電流とが異なる場合もあるので（勿論、一致する場合もある）、直流電源ユニットから負荷に供給できる最大電流（より正確には過電流制限、すなわち定電流垂下動作が行われる電流）を「定格最大電流」と呼ぶ。
Note that a load having a constant power characteristic is a load having a characteristic that power consumption of the load is constant regardless of a change in voltage (for example, an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage). In addition, as described above, in the DC
直流電源ユニット１０は、ＡＣ入力側に力率改善回路（ＰＦＣ）２０を備え、その出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０が接続されている。この力率改善回路２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０の直流電源Ｅの役割をする。この力率改善回路２０は、交流電圧を整流回路により整流するとともに、内部のスイッチング素子（図示せず）をスイッチング制御して交流の電圧波形と電流波形とを近づけて力率を改善するための回路である。この力率改善回路２０は、ＰＦＣ制御部３０によりその動作が制御される。なお、力率改善回路２０の構成と動作については、良く知られており、また、本発明とは直接には関係しないため、その説明は省略する。
The DC
また、直流電源ユニット１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０の動作を制御するＤ／Ｄ制御回路４０を備えている。このＤ／Ｄ制御回路４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０の動作を制御するための制御信号を出力するＤ／Ｄコントローラ４１と、後述する定電力垂下特性を示す垂下動作、及び定電流垂下特性を示す垂下動作を行う際に使用される基準信号を生成する垂下基準信号生成部４２とを備えている。
なお、Ｄ／Ｄ制御回路４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等（所望の場合にはＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、カウンタ等）を有するマイクロコントローラやマイクロコンピュータ等を用いて構成されており、ＰＦＣ制御部３０についても同様である。また、ＰＦＣ制御部３０をＤ／Ｄ制御回路４０内に含ませるようにしてもよい。また、Ｄ／Ｄ制御回路４０及びＰＦＣ制御部３０は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよい。
Further, the DC
The D /
図１に示す直流電源ユニット１０は、通常動作時において過電流保護のために出力電流が定格最大電流ＩＬを超えた場合に出力電圧Ｖｏを垂下させる、所謂、定電流垂下特性を持つ直流電源ユニットである（図２（Ｂ）を参照）。なお、直流電源ユニット１０において、定格電流（連続して電流を流ことができる１００％電流）の値と、定格最大電流ＩＬ（過電流制限が行われる電流）の値が異なる場合は、定格最大電流ＩＬの値が、定格電流の値よりも大きく（例えば、１５０％）設定される。
The DC
また、直流電源ユニット１０は、上記定電流垂下特性に加えて、起動時に一時的にだけ作動する定電力垂下特性を持つ。この直流電源ユニット１０では、停電により入力電源（ＡＣ入力）から供給される電力が遮断された後、復電により起動する際に、定格最大電流ＩＬ以上の電流を負荷ＲＬに供給する必要がある場合に、一時的に定電力垂下動作を行う。この定電力垂下動作は、直流電源ユニット１０から負荷ＲＬに定格最大電流ＩＬ以上の電流を供給する場合に、出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏとの積が一定となるように出力電圧を垂下させて、負荷ＲＬに電流を供給するものである。
In addition to the constant current drooping characteristic, the DC
（定電力垂下特性と定電流垂下特性についての説明）
ここで図１に示す直流電源ユニット１０が有する定電力垂下特性と、定電流垂下特性について補足して説明しておく。図２は、定電力垂下特性と定電流垂下特性について説明するための図である。図２（Ａ）では、横軸に出力電流Ｉｏ、縦軸に出力電圧Ｖｏをとり、定電力垂下特性を示している。同様に、図２（Ｂ）では、定電流垂下特性を示している。なお、前述のように、定電力垂下動作は、停電後の復電時において、定電力特性を持つ負荷に定格最大電流ＩＬ（直流電源ユニット１０の通常動作時の定格最大電流）以上の電流、例えば、図２（Ａ）に示す電流Ｉａの電流を流す必要がある場合において行われる垂下動作である。一方、定電流垂下動作は、直流電源ユニット１０の通常動作時において、過電流制限のために出力電流Ｉｏを定格最大電流ＩＬに制限するために行われる垂下動作である。
(Explanation of constant power droop characteristics and constant current droop characteristics)
Here, the constant power drooping characteristic and the constant current drooping characteristic of the DC
図２（Ａ）に示すように、直流電源ユニット１０は、定電力垂下動作では、負荷ＲＬに定格最大電流ＩＬ以上の電流（例えば、電流Ｉａ）を流す場合において、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏとの積が一定（例えば、定格出力容量）になるように出力電圧Ｖｏを垂下させる。なお、出力電流Ｉｏが大きくなりすぎると、後述するスイッチング素子Ｑ１（図５を参照）の定格電流容量（例えば、短時間定格における最大電流値など）を超えるので、直流電源ユニット１０は、過電流制限値ＩＬ´で電流制限をかける。
また、図２（Ａ）では、定電力垂下動作を開始する電流を定格最大電流ＩＬ（直流電源ユニット１０の通常動作時の定格最大電流）と同じにしているが、定電力垂下動作を開始する電流値を、定格最大電流ＩＬと異なる値になるようにしてもよい。
また、図２（Ｂ）に示すように、通常動作時の定電流垂下特性では、出力電流Ｉｏが定格最大電流ＩＬ以下の場合は出力電圧Ｖｏが一定電圧に保持されており、過電流制限値（定格最大電流ＩＬ）で出力電圧Ｖｏを垂下させて過電流制限をかける。
As shown in FIG. 2A, in the constant power drooping operation, the DC
In FIG. 2A, the current for starting the constant power drooping operation is the same as the rated maximum current IL (rated maximum current during normal operation of the DC power supply unit 10), but the constant power drooping operation is started. The current value may be different from the rated maximum current IL.
As shown in FIG. 2B, in the constant current drooping characteristic during normal operation, when the output current Io is equal to or lower than the rated maximum current IL, the output voltage Vo is held at a constant voltage, and the overcurrent limit value The output voltage Vo is drooped at (rated maximum current IL) to limit overcurrent.
上述の直流電源ユニット１０における定電力垂下動作は、復電時に直流電源ユニット１０が起動する際に一時的に行われる垂下動作である。例えば、この定電力垂下動作は、停電時にバッテリ６１により負荷ＲＬを駆動している状態において、負荷ＲＬに流れている電流が、図２（Ａ）に示す定格最大電流ＩＬ以上の場合（例えば、電流Ｉａの場合）に一時的に行われるものである。これは、直流電源ユニット１０が、復電して起動した際に図２（Ｂ）に示す定電流垂下動作を行うと、出力電流が定格最大電流ＩＬに制限され、負荷ＲＬに必要な電流Ｉａを供給できないとともに、直流電源ユニット１０の出力電圧Ｖｏが所要定格電圧に立ち上がれない状態となるためである。この事態を避けるために、直流電源ユニット１０においては、復電時の起動の際に、一時的に定電力垂下動作が実行される。
The constant power drooping operation in the DC
再び、図１に戻り、Ｄ／Ｄコントローラ４１からは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０の出力電圧Ｖｏの電圧レベルを制御するための出力電圧基準信号Ｖｒｅｆが、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０に対して出力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０は、Ｄ／Ｄコントローラ４１から入力された出力電圧基準信号Ｖｒｅｆを基に、出力電圧Ｖｏの電圧レベルが一定になるように制御する。
Returning to FIG. 1 again, the D /
また、Ｄ／Ｄコントローラ４１からは、定電力垂下／定電流垂下の区別信号として、信号Ｉ＿ＫＩＮＤが垂下基準信号生成部４２に対して出力される。また、Ｄ／Ｄコントローラ４１からは、定電力垂下特性の基準信号を生成するための電圧信号Ｉｒｅｆ＿Ｍが垂下基準信号生成部４２に対して出力される。そして、Ｄ／Ｄコントローラ４１は、定電力垂下の場合は、信号Ｉ＿ＫＩＮＤをハイレベル（Ｉ＿ＫＩＮＤ＝１）とし、定電流垂下の場合は信号Ｉ＿ＫＩＮＤをローレベル（Ｉ＿ＫＩＮＤ＝０）とする。これらの信号Ｉ＿ＫＩＮＤ及びＩｒｅｆ＿Ｍが垂下基準信号生成部４２の入力信号となる。垂下基準信号生成部４２では、Ｄ／Ｄコントローラ４１から入力された信号Ｉ＿ＫＩＮＤと信号Ｉｒｅｆ＿Ｍを基に、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２と、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１を生成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０に出力する。
Further, the signal I_KIND is output from the D /
（垂下基準信号生成部４２についての説明）
図３は、垂下基準信号生成部４２の構成を示す図である。この垂下基準信号生成部４２は、図３（Ａ）に示す信号Ｉ＿ＫＩＮＤの入力回路と、図３（Ｂ）に示す、定電力垂下動作を行わせるための二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２を生成する二次垂下基準生成回路と、図３（Ｃ）に示す、最大出力電流を制限するための一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１を生成する一次垂下基準生成回路とを有している。なお、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１及び二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２の具体的な使用例については、図５に示すＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０の説明において合わせて説明する。
(Description of the drooping reference signal generation unit 42)
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the drooping reference
図３（Ａ）に示す信号Ｉ＿ＫＩＮＤの入力回路は、抵抗Ｒ１０１にフォトモスリレーの一次側ＰＲ＿Ａ、及びフォトカプラの一次側ＰＣ＿Ａが直列に接続されて構成されており、抵抗Ｒ１０１の一方の端子Ａから信号Ｉ＿ＫＩＮＤが入力される。この構成により、定電力垂下（信号Ｉ＿ＫＩＮＤがハイレベル（Ｉ＿ＫＩＮＤ＝１））の場合に、フォトモスリレーの一次側ＰＲ＿Ａ、及びフォトカプラの一次側ＰＣ＿ＡはＯＮ（発光素子を発光）される。 The input circuit for the signal I_KIND shown in FIG. 3A is configured by connecting a primary side PR_A of a photoMOS relay and a primary side PC_A of a photocoupler to a resistor R101 in series, and one terminal A of the resistor R101. To the signal I_KIND. With this configuration, when the constant power is drooped (the signal I_KIND is at a high level (I_KIND = 1)), the primary side PR_A of the photoMOS relay and the primary side PC_A of the photocoupler are turned on (light emitting element emits light).
図３（Ｂ）に示す二次垂下基準生成回路は、Ｄ／Ｄコントローラ４１から出力される二次垂下基準用の電圧信号Ｉｒｅｆ＿Ｍと、出力電圧Ｖｏの負性信号（出力電圧（−））とにより、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２を生成するための回路である。
この二次垂下基準生成回路は、Ｄ／Ｄコントローラ４１から出力される電圧信号Ｉｒｅｆ＿Ｍを電圧増幅部７１により増幅する。この電圧信号Ｉｒｅｆ＿Ｍは、直流電源ユニット１０が定電力垂下動作をする場合と、通常動作（定電流垂下動作）をする場合とに応じて、その電圧レベルが切り替えられる。すなわち、定電力垂下動作をする場合の電圧レベルＩｒｅｆ＿Ｍ２は、通常動作（定電流垂下動作）をする場合の電圧レベルＩｒｅｆ＿Ｍ１よりも大きくなるように設定されている（Ｉｒｅｆ＿Ｍ２＞Ｉｒｅｆ＿Ｍ１）（図４を参照）。これにより、直流電流ユニット１０は、定電力垂下動作時において、通常動作時の定格最大電流ＩＬ以上の出力電流を負荷ＲＬに流すことが可能になる。
The secondary droop reference generation circuit shown in FIG. 3B includes a secondary droop reference voltage signal Iref_M output from the D /
The secondary droop reference generation circuit amplifies the voltage signal Iref_M output from the D /
また、電圧増幅部７１の出力側とグランドＧとの間には、抵抗Ｒ１０２と抵抗Ｒ１０３の直列回路が接続されている。この抵抗Ｒ１０２と抵抗Ｒ１０３は抵抗分圧回路を構成し、この抵抗Ｒ１０２と抵抗Ｒ１０３の接続点（抵抗分圧点）Ａから、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２が出力される。また、上記接続点Ａには、ダイオードＤ１０１のアノード側が接続され、ダイオードＤ１０１のカソード側には、抵抗Ｒ１１１と、Ｒ１１２と、フォトモスリレーの二次側ＰＲ＿Ｂとが直列に接続されている。また、フォトモスリレーの二次側ＰＲ＿Ｂの一端（抵抗Ｒ１１２が接続される端子とは反対側の端子）には、出力電圧Ｖｏの負側信号（出力電圧（−））が入力される。なお、この出力電圧Ｖｏの負側信号（出力電圧（−））は、負極性（−）の信号であり、出力電圧Ｖｏが大きくなるほど、電圧レベルが低下する。
In addition, a series circuit of a resistor R102 and a resistor R103 is connected between the output side of the
上述の図３（Ｂ）に示す二次垂下基準生成回路の構成により、通常動作時には、フォトモスリレーの二次側ＰＲ＿ＢがＯＦＦ（オフ）し、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２は、定電流垂下動作時にＤ／Ｄコントローラ４１から出力される電圧信号Ｉｒｅｆ＿Ｍ１を基に、電圧増幅部７１及び抵抗Ｒ１０２，Ｒ１０３により生成される一定の値の信号（例えば、Ｉｒｅｆ２´）となる。なお、この一定の値の信号Ｉｒｅｆ２´は、信号Ｉｒｅｆ＿Ｍ１の電圧レベルを変更することにより、所望の値に設定することができる。
With the configuration of the secondary droop reference generation circuit shown in FIG. 3B described above, during normal operation, the secondary side PR_B of the photo moss relay is turned off, and the secondary droop reference signal Iref2 is a constant current droop operation. A signal having a constant value (for example, Iref2 ′) generated by the
一方、定電力垂下動作時には、フォトモスリレーの二次側ＰＲ＿ＢがＯＮし、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２の電圧レベルは、定電力垂下動作時にＤ／Ｄコントローラ４１から出力される信号Ｉｒｅｆ＿Ｍ２の電圧レベルと、出力電圧Ｖｏとで決まることになる。すなわち、信号Ｉｒｅｆ＿Ｍ２は電圧増幅部７１により増幅され、抵抗Ｒ１０２，Ｒ１０３の接続点Ａに出力されるが、接続点Ａには、ダイオードＤ１０１と、抵抗Ｒ１１１と、抵抗Ｒ１１２と、フォトモスリレーの二次側ＰＲ＿Ｂとを介して、出力電圧Ｖｏの負側信号（出力電圧（−））が入力される。このため、接続点Ａの電圧（二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２）は、出力電圧Ｖｏの変化と共にリニア（直線的）に変化し、定電力垂下の動作を行わせるための信号となる。
On the other hand, the secondary side PR_B of the photo MOS relay is turned ON during the constant power drooping operation, and the voltage level of the secondary droop reference signal Iref2 is the voltage level of the signal Iref_M2 output from the D /
例えば、出力電圧Ｖｏの電圧レベルが低い状態では、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２の電圧レベルが高くなり、出力電圧Ｖｏの電圧レベルが高くなるにつれて、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２の電圧レベルが低下する。これにより、定電力垂下特性（出力電圧Ｖｏ×出力電流が一定となる特性）を実現するための二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２が生成される。
なお、定電力垂下動作において流すことのできる最大電流は、信号Ｉｒｅｆ＿Ｍ２の電圧レベルを変更することにより、所望の値に設定することができる。また、定電力垂下特性の傾き（出力電流Ｉｏの変化に対する出力電圧Ｖｏの変化の割合）は、抵抗Ｒ１０２，Ｒ１０３，Ｒ１１１及びＲ１１２の抵抗値により設定することができる。
For example, in a state where the voltage level of the output voltage Vo is low, the voltage level of the secondary droop reference signal Iref2 increases, and the voltage level of the secondary droop reference signal Iref2 decreases as the voltage level of the output voltage Vo increases. Thereby, the secondary drooping reference signal Iref2 for realizing the constant power drooping characteristic (characteristic that the output voltage Vo × the output current becomes constant) is generated.
Note that the maximum current that can flow in the constant power drooping operation can be set to a desired value by changing the voltage level of the signal Iref_M2. Further, the slope of the constant power drooping characteristic (the ratio of the change in the output voltage Vo to the change in the output current Io) can be set by the resistance values of the resistors R102, R103, R111, and R112.
また、図３（Ｃ）に示す一次垂下基準生成回路は、回路電源端子（＋１５Ｖ）とグランドＧとの間に、抵抗Ｒ１２１とツェナーダイオードＺＤ１が直列に接続される（ツェナーダイオードＺＤ１のアノードがグランドＧに接続される）。これにより、抵抗Ｒ１２１とツェナーダイオードＺＤ１の接続点Ａに所定の定電圧Ｖｚが生成される。このツェナーダイオードＺＤ１の端子間に抵抗Ｒ１２２と抵抗Ｒ１２３と抵抗Ｒ１２４との直列回路が接続され、ツェナーダイオードＺＤ１により生成される定電圧Ｖｚに対して、抵抗分圧回路が形成される。この抵抗Ｒ１２２と抵抗Ｒ１２３との接続点Ｂから一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１が出力される。また、抵抗Ｒ１２３と抵抗Ｒ１２４との接続点Ｃには、抵抗Ｒ１３２の一端が接続され、抵抗Ｒ１３２の他端は、トランジスタＴｒ１のコレクタに接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタはグランドＧに接続される。
また、回路電源端子（＋１５Ｖ）とグランドＧとの間に、抵抗Ｒ１３１とフォトカプラの二次側ＰＣ＿Ｂとの直列回路が接続される。また、抵抗Ｒ１３１とフォトカプラの二次側ＰＣ＿Ｂとの接続点Ｄと、トランジスタＴｒ１のベースとの間に、抵抗Ｒ１３３とツェナーダイオードＺＤ２との直列回路が接続される（ツェナーダイオードＺＤ２のアノードがトランジスタＴｒ１のベースに接続される）。
In the primary droop reference generation circuit shown in FIG. 3C, a resistor R121 and a Zener diode ZD1 are connected in series between a circuit power supply terminal (+ 15V) and the ground G (the anode of the Zener diode ZD1 is grounded). G). As a result, a predetermined constant voltage Vz is generated at the connection point A between the resistor R121 and the Zener diode ZD1. A series circuit of a resistor R122, a resistor R123, and a resistor R124 is connected between the terminals of the Zener diode ZD1, and a resistance voltage dividing circuit is formed for the constant voltage Vz generated by the Zener diode ZD1. A primary droop reference signal Iref1 is output from a connection point B between the resistors R122 and R123. One end of the resistor R132 is connected to the connection point C between the resistors R123 and R124, the other end of the resistor R132 is connected to the collector of the transistor Tr1, and the emitter of the transistor Tr1 is connected to the ground G.
Further, a series circuit of the resistor R131 and the secondary side PC_B of the photocoupler is connected between the circuit power supply terminal (+ 15V) and the ground G. A series circuit of a resistor R133 and a Zener diode ZD2 is connected between a connection point D between the resistor R131 and the secondary side PC_B of the photocoupler and the base of the transistor Tr1 (the anode of the Zener diode ZD2 is a transistor). Connected to the base of Tr1).
上記構成において、定電流垂下動作時には、フォトカプラの二次側ＰＣ＿BがＯＦＦ（トランジスタＴｒ１がＯＮ）になり、抵抗Ｒ１２４と抵抗Ｒ１３２とは並列接続されることになる。そして、抵抗Ｒ１２２と、抵抗Ｒ１２３と、抵抗Ｒ１２４／／Ｒ１３２（抵抗Ｒ１２４とＲ１３２の並列回路）との直列回路（抵抗分圧回路）における、抵抗Ｒ１２４と抵抗Ｒ１３２の接続点Ｂとの電圧が一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１´として出力される。 In the above configuration, during the constant current drooping operation, the secondary side PC_B of the photocoupler is turned off (the transistor Tr1 is turned on), and the resistor R124 and the resistor R132 are connected in parallel. The voltage at the connection point B of the resistor R124 and the resistor R132 in the series circuit (resistor voltage dividing circuit) of the resistor R122, the resistor R123, and the resistor R124 // R132 (a parallel circuit of the resistors R124 and R132) is primary. It is output as a drooping reference signal Iref1 ′.
一方、定電力垂下動作時には、フォトカプラの二次側ＰＣ＿ＢがＯＮ（トランジスタＴｒ１がＯＦＦ）になり、抵抗Ｒ１２２と抵抗Ｒ１２３と抵抗Ｒ１２４との直列回路（抵抗分圧回路）における、抵抗Ｒ１２２と抵抗Ｒ１２３との接続点Ｂの電圧が一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１として出力される。このため、定電力垂下動作時における一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１は、定電流垂下動作時における一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１´よりも大きくなる。すなわち、定電力垂下動作時には、ユニットの定格最大電流ＩＬ以上の出力電流を流すために、定電力垂下動作時の一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１は、通常動作時（定電流垂下動作時）における一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１´よりも大きくなる。 On the other hand, during the constant power drooping operation, the secondary side PC_B of the photocoupler is turned on (transistor Tr1 is turned off), and the resistor R122 and the resistor in the series circuit (resistor voltage dividing circuit) of the resistor R122, the resistor R123, and the resistor R124. The voltage at the connection point B with R123 is output as the primary droop reference signal Iref1. Therefore, the primary droop reference signal Iref1 during the constant power drooping operation is larger than the primary droop reference signal Iref1 ′ during the constant current drooping operation. That is, at the time of constant power drooping operation, in order to flow an output current exceeding the rated maximum current IL of the unit, the primary droop reference signal Iref1 at the time of constant power drooping operation is the primary droop reference at the time of normal operation (during constant current drooping operation). It becomes larger than the signal Iref1 ′.
図４は、直流電源ユニット１０における動作シーケンスを示す図である。図４は、横方向に時間の経過を示し、縦方向に、直流電源ユニット１０の起動／停止（Ｄ／Ｄ＿ＯＮ／ＯＦＦ）の状態（ハレベルでＯＮ（起動））と、定電力垂下動作を行わせる信号Ｉ＿ＫＩＮＤと、電圧信号Ｉｒｅｆ＿Ｍと、出力電圧Ｖｏを並べて示したものである。
FIG. 4 is a diagram showing an operation sequence in the DC
図４に示すように、直流電源ユニット１０は、時刻ｔ１においてＯＮ（起動）すると、入力側および出力側にラッシュ電流（突入電流）が流れることを回避するために出力電圧Ｖｏ（及び出力電流Ｉｏ）を徐々に立ち上げるカレントウオークインの動作モード（ソフトスタート）に移行する。その後、直流電源ユニット１０は、カレントウオークインにより出力電圧Ｖｏがある程度立ち上がった状態の時刻ｔ２において、信号Ｉ＿ＫＩＮＤをＯＮ（ハイレベル）、また、信号Ｉｒｅｆ＿ＭをＩｒｅｆ＿Ｍ２まで増大させて、定電力垂下動作を開始する。次に、直流電源ユニット１０は、この定電力垂下動作の状態において出力電圧Ｖｏが所要定格電圧まで立ち上がると（時刻ｔ３）、この数秒後に（時刻ｔ４）、信号Ｉ＿ＫＩＮＤをＯＦＦ（ローレベル）にし、また、信号Ｉｒｅｆ＿ＭをＩｒｅｆ＿Ｍ１まで低下させて、定電流垂下動作を開始する。
As shown in FIG. 4, when the DC
なお、図４に示す例では、直流電源ユニット１０は、時刻ｔ３において出力電圧Ｖｏが定格電圧まで立ち上がったことを検出した後、数秒後に定電力垂下動作から定電流垂下動作に切り替えるようにしているが、これに限定されない。例えば、直流電源ユニット１０は、時刻ｔ１においてＯＮ（起動）した後、所定の時間をタイマ等で計測し、この所定の時間の経過後に、定電力垂下動作から定電流垂下動作に切り替えるようにしてもよい。また、複数台の直流電源ユニット１０が並列に運転される並列冗長運転方式の場合は、各直流電源ユニット１０において出力電圧Ｖｏが所要定格電圧まで立ち上がったことを検出した後に、定電力垂下動作から定電流垂下動作に切り替えるようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 4, the DC
（ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０の構成と動作についての説明）
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０について説明する。図５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０の構成を示す図である。この図に示す直流電源ユニット１０は、主回路がフォワードコンバータ（フォワード方式スイッチング電源装置）で構成されたものである。
図５において、Ｔｘ１は出力トランス、Ｑ１は出力トランスＴｘ１の一次側に接続されるスイッチング素子、Ｅは直流電源（力率改善回路２０により生成される電源）、ＲＬは定電力特性を持つ負荷、ＥＡ１，ＥＡ２はエラーアンプ（演算増幅器）、ＣＭＰ１，ＣＭＰ２は比較器（コンパレータ）、ＣＴは出力トランスＴｘ１の一次側電流を検出するカレントトランスで、シャントＳＨは２次電流検出素子である。
(Description of configuration and operation of DC / DC converter circuit 50)
Next, the DC /
In FIG. 5, Tx1 is an output transformer, Q1 is a switching element connected to the primary side of the output transformer Tx1, E is a DC power source (power source generated by the power factor correction circuit 20), RL is a load having a constant power characteristic, EA1 and EA2 are error amplifiers (operational amplifiers), CMP1 and CMP2 are comparators (comparators), CT is a current transformer that detects a primary current of the output transformer Tx1, and a shunt SH is a secondary current detection element.
また、このＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０は、出力定電圧制御回路５１と、出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２と、瞬時過電流制御回路（一次垂下回路）５３とを有している。そして、回路５１，５２，５３の出力側は、それぞれダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３のカソード側に接続され、このダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３のアノード側はノードＮ１に共通接続されている。このノードＮ１は、抵抗Ｒ４１を介して電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、また、ノードＮ１は比較器ＣＭＰ２の非反転入力端子（＋）に接続されている。
The DC /
従って、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３の作用により、ノードＮ１には、出力定電圧制御回路５１の出力信号ＡＶＲ＿Ｖと、出力定電流制御回路５２の出力信号ＡＶＲ＿Ｉ２と、瞬時過電流制御回路５３の出力信号ＡＶＲ＿Ｉ１のうちの最も信号レベルが低い信号が選択されてノードＮ１に出力される。このノードＮ１に出力された信号は、比較器ＣＭＰ２により電源動作周波数キャリア三角波形と比較され、スイッチング素子（スイッチングトランジスタ）Ｑ１の駆動信号（ＰＷＭ信号）が生成される。このスイッチング素子Ｑ１がＯＮ／ＯＦＦすることにより、出力トランスＴｘ１の一次側のコイルに電源Ｅから電流が流れ、この一次側の電流により電磁誘導されて二次側のコイルに電流が流れる。この出力トランスＴｘ１の二次側には整流回路部５４が接続されている。この整流回路部５４において、二次側のコイルに流れる電流がダイオードＤ１及びＤ２からなる整流回路により整流され、リアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなる平滑回路により平滑されて、直流電圧（出力電圧Ｖｏ）が生成される。この出力電圧Ｖｏが、シャントＳＨを通して負荷ＲＬに印加される。 なお、図５に示すＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０では、シャントＳＨと負荷ＲＬの接続点（出力電圧Ｖ（＋）の端子）が制御回路のグランド（G）側になるように構成されている。
Therefore, due to the action of the diodes D11, D12, and D13, the output signal AVR_V of the output constant
（出力定電圧制御回路５１についての説明）
図５に示す出力定電圧制御回路５１は、出力電圧Ｖｏの検出信号と、Ｄ／Ｄコントローラ４１から入力した出力電圧基準信号Ｖｒｅｆ（図１を参照）との差分に対応してスイッチング素子Ｑ１のＯＮ（オン）幅を制御する制御回路である。この出力定電圧制御回路５１は、抵抗Ｒ１１とＲ１２が直列に接続された抵抗分圧回路で構成された出力電圧検出部を有し、また、エラーアンプＥＡ１を有している。抵抗Ｒ１１の一端は、正側の出力電圧（＋）端子に接続され、抵抗Ｒ１１の他端は抵抗Ｒ１２の一端に接続され、抵抗Ｒ１２の他端は負側の出力電圧（−）端子に接続される。抵抗Ｒ１１とＲ１２の接続点は、抵抗Ｒ１３を介して、エラーアンプＥＡ１の非反転入力端子（＋）に接続されている。また、エラーアンプＥＡ１の反転入力端子（−）には、Ｄ／Ｄコントローラ４１から出力される出力電圧基準信号Ｖｒｅｆが入力される。
(Description of output constant voltage control circuit 51)
The output constant
このエラーアンプＥＡ１の非反転入力端子（＋）と出力端子との間には、抵抗Ｒ１４（比例要素）が接続され、また、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１５の直列回路（成分要素）が接続される。したがって、エラーアンプＥＡ１は比例積分回路（一次遅れ回路）となり、出力電圧値Ｖｏ（より正確には出力電圧Ｖ（−）の検出信号）と出力電圧基準信号Ｖｒｅｆとの差分が所定の時定数を持って差動増幅され、差動増幅された信号ＡＶＲ＿Ｖが出力される。このため、エラーアンプＥＡ１の出力は、所定の時定数を持って徐々に変化するため、後述する瞬時過電流制御回路５３と比較して応答が遅くなる。
A resistor R14 (proportional element) is connected between the non-inverting input terminal (+) and the output terminal of the error amplifier EA1, and a series circuit (component element) of the capacitor C11 and the resistor R15 is connected. Accordingly, the error amplifier EA1 becomes a proportional integration circuit (first-order lag circuit), and the difference between the output voltage value Vo (more precisely, the detection signal of the output voltage V (−)) and the output voltage reference signal Vref has a predetermined time constant. The differentially amplified signal AVR_V is output. For this reason, since the output of the error amplifier EA1 gradually changes with a predetermined time constant, the response is delayed as compared with an instantaneous
そして、通常動作時、すなわち、出力定電流制御回路５２及び瞬時過電流制御回路５３による出力電圧の垂下動作が行われていない場合は、出力定電圧制御回路５１の出力信号ＡＶＲ＿ＶがノードＮ１に出力され、この出力信号ＡＶＲ＿Ｖが比較器ＣＭＰ２により電源動作周波数キャリア三角波形と比較され、スイッチング素子Ｑ１のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号（ＰＷＭ信号）が生成される。
During normal operation, that is, when the output voltage drooping operation by the output constant
例えば、図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０の動作を示す図であり、横軸に時間の経過を示し、縦方向に、ノードＮ１に回路５１，５２，５３から出力される電圧（ＡＶＲ＿Ｖ、ＡＶＲ＿Ｉ２、またはＡＶＲ＿Ｉ１）と、キャリア三角波形と、比較器ＣＭＰ２の出力（ハイレベルでスイッチング素子Ｑ１がＯＮ）と、出力電圧Ｖｏを並べて示したものである。
For example, FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the DC /
この図において、図６（Ａ）に示すように、通常動作時（出力電圧正常範囲制御時）においては、ノードＮ１の出力電圧は、出力定電圧制御回路（エラーアンプＥＡ１）５１からの出力電圧ＡＶＲ＿Ｖとなり、この出力信号ＡＶＲ＿ＶがノードＮ１に出力される。この出力信号ＡＶＲ＿Ｖが比較器ＣＭＰ２により電源動作周波数キャリア三角波形と比較され、比較器ＣＭＰ２からスイッチング素子Ｑ１のＯＮ／ＯＦＦ駆動信号が生成される。これにより、出力電圧Ｖｏが一定の値になるように制御される。 In this figure, as shown in FIG. 6A, during normal operation (during normal output voltage range control), the output voltage of the node N1 is the output voltage from the output constant voltage control circuit (error amplifier EA1) 51. The output signal AVR_V is output to the node N1. The output signal AVR_V is compared with the power supply operating frequency carrier triangular waveform by the comparator CMP2, and an ON / OFF drive signal for the switching element Q1 is generated from the comparator CMP2. As a result, the output voltage Vo is controlled to be a constant value.
（出力定電流制御回路５２についての説明）
図５に示す出力定電流制御回路５２は、定電力垂下動作（直流電源ユニット１０から負荷ＲＬに流れる出力電流を検出して垂下させる二次垂下動作）を制御する制御回路である。この出力定電流制御回路５２において、出力電流Ｉｏの検出素子であるシャントＳＨにより検出された出力電流の検出信号Ｃが抵抗Ｒ２１を介してエラーアンプＥＡ２の反転入力端子（−）に入力される。また、エラーアンプＥＡ２の非反転入力端子（＋）には、垂下基準信号生成部４２から出力される二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２（図３（Ｂ）を参照）が入力される。このように、出力定電流制御回路５２において、エラーアンプＥＡ２には、出力電流Ｉｏの検出信号Ｃと二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２とが入力され、エラーアンプＥＡ２により差動増幅された信号ＡＶＲ＿Ｉ２を出力する。
(Description of output constant current control circuit 52)
The output constant
なお、このエラーアンプＥＡ２の反転入力端子（−）と出力端子との間には、抵抗Ｒ２２（比例要素）が接続され、また、コンデンサＣ２１と抵抗Ｒ２３の直列回路（積分要素）が接続されている。したがって、エラーアンプＥＡ２は比例積分回路（一次遅れ回路）となり、出力電流値の信号Ｃと二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２との差分が所定の時定数を持って差動増幅される。すなわち、エラーアンプＥＡ２の出力は所定の時定数を持って徐々に変化し、エラーアンプＥＡ２の応答は、後述する瞬時過電流制御回路５３と比較して応答が遅くなるように設定されている。
この出力定電流制御回路５２の構成により、出力電流Ｉｏが増加すると、差動増幅したＥＡ２の出力信号ＡＶＲ＿Ｉ２が徐々に下がり、信号ＡＶＲ＿Ｖ及び信号ＡＶＲ＿Ｉ１より低くなると、この出力信号ＡＶＲ＿Ｉ２がノードＮ１に出力される。
A resistor R22 (proportional element) is connected between the inverting input terminal (−) and the output terminal of the error amplifier EA2, and a series circuit (integrating element) of the capacitor C21 and the resistor R23 is connected. Yes. Accordingly, the error amplifier EA2 becomes a proportional integration circuit (primary delay circuit), and the difference between the output current value signal C and the secondary drooping reference signal Iref2 is differentially amplified with a predetermined time constant. That is, the output of the error amplifier EA2 gradually changes with a predetermined time constant, and the response of the error amplifier EA2 is set so that the response is delayed as compared with an instantaneous
With the configuration of the output constant
図６（Ｂ）に、出力定電流制御回路５２の回路動作を示す。図６（Ｂ）に示すように、出力定電流制御回路５２において、出力電流Ｉｏの検出信号Ｃが二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２の電圧レベルを超えると、エラーアンプＥＡ２の出力信号ＡＶＲ＿Ｉ２が徐々に低下し、信号ＡＶＲ＿Ｖより低くなると、出力信号ＡＶＲ＿Ｉ２がノードＮ１に出力され、信号ＡＶＲ＿Ｉ２が比較器ＣＭＰ２により電源動作周波数キャリア三角波形と比較され、スイッチング素子Ｑ１の駆動信号（ＰＷＭ信号）が生成される。
このように、出力電流Ｉｏが増大するにつれて、出力信号ＡＶＲ＿Ｉ２が徐々に低下し、二次垂下動作が開始される。
FIG. 6B shows the circuit operation of the output constant
Thus, as the output current Io increases, the output signal AVR_I2 gradually decreases, and the secondary drooping operation is started.
（瞬時過電流制御回路５３についての説明）
図５に示す瞬時過電流制御回路５３は、定電流垂下動作（出力トランスＴｘ１の一次側の電流を検出して垂下させる一次垂下動作）を制御する制御回路である。この瞬時過電流制御回路５３において、出力トランスＴｘ１の一次側の電流検出素子であるカレントトランスＣＴにより検出された電流信号Ａ，ＢをダイオードＤ３１と抵抗Ｒ３１により整流して一次側電流検出信号Ｉｓを生成し、この生成した信号Ｉｓが比較器ＣＭＰ１の反転入力端子（−）に入力される。なお、信号Ｉｓはパルス状の電圧信号である。また、比較器ＣＭＰ１の非反転入力端子（＋）には、垂下基準信号生成部４２により生成された一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１（図３（Ｃ）を参照）が入力される。
(Description of the instantaneous overcurrent control circuit 53)
The instantaneous
この瞬時過電流制御回路５３の構成により、出力トランスＴｘ１の一次側電流が増加し、信号Ｉｓが一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１を超えると（信号Ｉｓ＞Ｉｒｅｆ１）、比較器ＣＭＰ１の出力信号ＡＶＲ＿Ｉ１は直ちにローレベルの信号となる。この比較器ＣＭＰ１から出力されるローレベルの信号ＡＶＲ＿Ｉ１は、常に、出力定電圧制御回路５１の出力信号ＡＶＲ＿Ｖ及び出力定電流制御回路５２の出力信号ＡＶＲ＿Ｉ２よりも信号レベルが低くなるように設定されており、瞬時過電流制御回路５３が過電流を検出した際には、信号ＡＶＲ＿Ｉ１が直ちにノードＮ１に出力される。
With the configuration of the instantaneous
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０が瞬時過電流により垂下動作に入る場合、カレントトランスＣＴにより検出した電流値の信号Ｉｓと、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１とを瞬時過電流制御回路５３内の比較器ＣＭＰ１により比較し、信号Ｉｓが一次垂下基準Ｉｒｅｆ１を超えたら、直ちに比較器ＣＭＰ１の出力信号をローレベルとし、出力電圧を低下させる。この瞬時過電流制御回路５３における動作は出力定電流制御回路（二次垂下）５２よりも応答が早く、過渡的な過電流制限を行うことで電源を保護している。
As described above, when the DC /
図６（Ｃ）に、瞬時過電流制御回路５３の回路動作を示す。図６（Ｃ）に示すように、瞬時過電流制御回路５３では、出力トランスＴｘ１の一次側電流の検出信号Ｉｓが一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１を超えると、比較器ＣＭＰ１の出力信号ＡＶＲ＿Ｉ１が直ちにローレベルまで低下し、ローレベルの信号ＡＶＲ＿Ｉ１がノードＮ１に出力され、信号ＡＶＲ＿Ｉ１が比較器ＣＭＰ２により電源動作周波数キャリア三角波形と比較され、スイッチング素子Ｑ１の駆動信号（ＰＷＭ信号）が生成される。この垂下動作の場合には、ＣＭＰ２の出力（パルス幅）は、大幅に狭くなり、出力電圧Ｖｏが大幅に低下することになる。
FIG. 6C shows the circuit operation of the instantaneous
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０では、定電力垂下動作における電流制限（二次垂下動作）は、出力定電流制御回路５２（エラーアンプＥＡ２）により制御を行う。また、定電流垂下動作（瞬時過電流保護）による電流制限（一次垂下動作）は、瞬時過電流制御回路５３（比較器ＣＭＰ１）により制御を行う。また、常に、２次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２が一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１よりも小さくなるように、すなわち「２次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２＜一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１」の関係となるように設定されている。
As described above, in the DC /
例えば、図７に示すように、期間Ｔ１に示す定電力垂下動作を行う際には、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２を信号レベルＡ２（定電力垂下動作における出力電流の最大値を一時的に信号レベルＡ２）まで増加させ、これに比例して一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１も信号レベルＡ１（出力トランスＴｘ１の一次側電流の電流制限値を一時的に信号レベルＡ１）まで増加させることになる。また、期間Ｔ２に示す定電流垂下動作を行う際には、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１を、通常動作時の定格最大電流に相当する信号レベルＢ１にし、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２は、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１の信号レベルＢ１より小さい信号レベルＢ２にすることになる。 For example, as shown in FIG. 7, when performing the constant power drooping operation shown in the period T1, the secondary droop reference signal Iref2 is set to the signal level A2 (the maximum value of the output current in the constant power drooping operation is temporarily set to the signal level). The primary drooping reference signal Iref1 is also increased in proportion to the signal level A1 (the current limit value of the primary current of the output transformer Tx1 is temporarily increased to the signal level A1). When performing the constant current drooping operation shown in the period T2, the primary droop reference signal Iref1 is set to the signal level B1 corresponding to the rated maximum current during normal operation, and the secondary droop reference signal Iref2 is the primary droop reference signal. The signal level B2 is smaller than the signal level B1 of Iref1.
なお、期間Ｔ２の定電流垂下動作時における一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１の信号レベルＢ１と、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２の信号レベルＢ２との関係については、例えば、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２の信号レベルＢ２を定格電流（連続して流すことができる１００％電流）に一致するように設定する。また、例えば、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１の信号レベルＢ１を定格最大電流（短時間定格で流すことができる電流、例えば、定格電流の１５０％）に一致するように設定する。これにより、過電流状態が生じる場合に、応答の速い瞬時過電流制御回路５３により、出力電流を瞬時に定格最大電流ＩＬ（例えば、１５０％）に制限し、その後、瞬時過電流制御回路５２により、所定の時定数を有して、出力電流を定格電流（１００％）に制限することができる。
Regarding the relationship between the signal level B1 of the primary droop reference signal Iref1 and the signal level B2 of the secondary droop reference signal Iref2 during the constant current drooping operation in the period T2, for example, the signal level B2 of the secondary droop reference signal Iref2 Is set to match the rated current (100% current that can flow continuously). Further, for example, the signal level B1 of the primary droop reference signal Iref1 is set so as to coincide with the rated maximum current (current that can flow for a short time rating, for example, 150% of the rated current). Thus, when an overcurrent state occurs, the output current is instantaneously limited to the rated maximum current IL (for example, 150%) by the instantaneous
（直流電源システムについての説明）
次に、本発明の直流電源ユニットを複数台用いた直流電源システム１００について説明する。本実施形態に係わる直流電源システム１００は、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０を用いて直流電源ユニット１０を構成し、この直流電源ユニット１０を複数台設けて、それぞれを並列に接続して、並列冗長運転方式で構成されている。これの一例を図８に示している。図８では、直流電源システム１００を構成する直流電源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのブロック図を示す。この直流電源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流（例えば、ＡＣ３相２００Ｖ）を入力電源とするように構成されている。なお、この例では３相交流を入力電源とするように構成してあるが、単相交流入力であっても本発明の直流電源システム１００を構成することができる。
(Description of DC power supply system)
Next, a DC
図８に示す直流電源システム１００は、各直流電源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ入力側に力率改善回路２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを備え、その出力にＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが接続されている。即ち、力率改善回路２０Ａ，２０Ｂ，２０ＣがＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの直流電源Ｅの役割をする。また、直流電源システム１００は、これとは別途にＤ／Ｄ制御回路４０Ａを備えている。Ｄ／Ｄ制御回路４０Ａは、図１に示したＤ／Ｄコントローラ４１、垂下基準信号生成部４２を備えた回路である。また、Ｄ／Ｄ制御回路４０Ａは各ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに接続されている。
The DC
なお、各ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの構成と動作とは、図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０と同様であり、重複する説明は省略する。また、Ｄ／Ｄ制御回路４０Ａの構成と動作とについても、図１に示したＤ／Ｄ制御回路４０と同様であるが、このＤ／Ｄ制御回路４０Ａでは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを制御する点が異なる。このＤ／Ｄ制御回路４０Ａからは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに対して、出力電圧基準信号Ｖｒｅｆ、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１及び二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２が出力される。この場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに対して出力する一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１及び二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２は、各回路５０Ａ，５０Ｂ，５０の容量や特性に応じて、それぞれの回路５０Ａ，５０Ｂ，５０ごとに設定することもできる。
The configurations and operations of the DC /
上記直流電源システム１００の構成により、複数の直流電源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを用いて負荷ＲＬ（定電力特性を持つ負荷）に電力を供給する場合において、停電によりバッテリ６１から負荷ＲＬに電力を供給している途中に復電した際に、各直流電源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが一時的に定電力垂下動作を行う。これにより、各直流電源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから定格最大電流ＩＬ（通常動作時の定格最大電流）以上の電流を負荷ＲＬに供給しながら、各直流電源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの出力電圧Ｖｏを所要定格電圧まで立ち上げることができる。
With the configuration of the DC
以上、説明したように、従来方法では、直流電源ユニットが定電力垂下特性を持つことが必要となり、定電力垂下動作が連続して発生することも考慮して、定電力垂下対応のユニットを設計しなければならない。その結果、定電力垂下動作時に流れる垂下電流が増えることにより、これに応じたスイッチィグトランジスタの選定（スイッチィグトランジスタの大型化）が必要になり、また、出力トランスの巻き線を太くする必要があり、さらには、スイッチィグトランジスタの熱損失が増大することに対応した放熱設計を行うことが必要になる。このため、直流電源ユニットの寸法が増大し、製造コストも増加する。 As explained above, the conventional method requires that the DC power supply unit has a constant power drooping characteristic, and the unit for constant power drooping is designed in consideration of the constant power drooping action that occurs continuously. Must. As a result, the drooping current that flows during the constant power drooping operation increases, which makes it necessary to select a switching transistor (enlarge the switching transistor) according to this, and increase the winding of the output transformer. In addition, it is necessary to design a heat dissipation corresponding to the increase in heat loss of the switching transistor. For this reason, the dimension of a direct-current power supply unit increases and manufacturing cost also increases.
これに対して、本実施形態の直流電源ユニット１０、及び直流電源システム１００においては、起動時のみに一時的に定電力垂下特性を持たせる事で、必要以上の設計（定電力垂下動作に対応した設計）を不要とする。すなわち、通常動作時の定電流垂下動作に応じた設計で済ませることができ、直流電源ユニット１０、及び直流電源システム１００の小型化を図り、製造コストを低減できる。
On the other hand, in the DC
なお、ここで、本発明と上記実施形態との対応関係について補足して説明しておく。本発明における直流電源ユニットは、図１に示す直流電源ユニット１０が対応する。また、本発明における直流電源システムは、図８に示す直流電源システム１００が対応する。また、本発明における負荷は、図１及び図８に示す定電力特性を持つ負荷ＲＬが対応する。また、本発明における出力トランスは、図５に示す出力トランスＴｘ１が対応し、本発明におけるスイッチング素子は、図５に示すスイッチング素子（スイッチングトランジスタ）Ｑ１が対応する。また、本発明におけるＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、図１及び図５に示すＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０が対応する。
Here, the correspondence relationship between the present invention and the above embodiment will be supplementarily described. The DC power supply unit in the present invention corresponds to the DC
また、本発明における一次垂下回路は、図５に示す瞬時過電流制御回路５３が対応し、本発明における二次垂下回路は、出力定電流制御回路５２が対応し、本発明における整流回路部は、整流回路部５４が対応する。また、本発明における出力電圧基準信号は、出力電圧基準信号Ｖｒｅｆが対応し、本発明における一次垂下基準信号は、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１が対応し、本発明における二次垂下基準信号は、二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２が対応する。
Further, the primary droop circuit in the present invention corresponds to the instantaneous
（１）そして、上記実施形態において、直流電源ユニット１０は、通常動作時に過電流保護のために出力電流を所定の電流値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）に制限する定電流垂下動作を行う直流電源ユニット１０であって、起動時において、負荷ＲＬに所定の電流値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合に、出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させる定電力垂下動作を行うことにより、所定の電流値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を負荷ＲＬに供給する。
このような構成の直流電源ユニット１０では、起動時のみに定電力垂下動作を行うことで、一時的に所定の値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を負荷ＲＬに流すようにする。
これにより、通常動作時において必要とされる仕様（例えば、スイッチング素子Ｑ１の選定や熱設計の仕様）のままで、定電力垂下特性を持つ直流電源ユニット１０を構成することができる。このため、必要以上の設計（定電力垂下動作に対応した設計）が不要となり、直流電源ユニット１０の寸法を小さくし、製造コストを低減できる。
(1) In the above embodiment, the DC
In the DC
Thereby, the DC
（２）また、上記実施形態において、直流電源ユニット１０の出力側にはバッテリ６１を有する蓄電装置６０が接続され、負荷ＲＬは定電力特性を持つ負荷であり、停電により直流電源ユニット１０へ電源が供給されなくなった場合に、蓄電装置６０から負荷ＲＬに電力を供給する。そして、復電の際の直流電源ユニット１０の起動時において、直流電源ユニット１０から負荷ＲＬに所定の値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合は、出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させる定電力垂下動作を行うことにより、負荷ＲＬに所定の値以上の電流を供給する。
このような構成の直流電源ユニット１０では、定電力特性を持つ負荷ＲＬ（例えば、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ）に電力を供給し、停電時には蓄電装置６０から負荷ＲＬに電力を供給する。そして、復電時において直流電源ユニット１０を起動する際に、直流電源ユニット１０から負荷ＲＬに所定の値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合は、定電力垂下動作を行うことにより、一時的に所定の値以上の電流を負荷ＲＬに流せるようにする。
これにより、直流電源ユニット１０の起動の際に、定電力特性を持つ負荷ＲＬに所定の値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合においても、この電流を負荷ＲＬに供給できるとともに、直流電源ユニット１０の出力電圧を所要定格電圧まで立ち上げることができる。
(2) Further, in the above embodiment, the
In the DC
As a result, when the DC
（３）また、上記実施形態において、直流電源ユニット１０は、出力電圧Ｖｏを検出して出力電圧基準信号Ｖｒｅｆとの差分に対応して出力トランスＴｘ１の一次側に接続されたスイッチング素子Ｑ１のＯＮ幅を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０を有し、このＤＣ／ＤＣコンバータ回路５０には、出力トランスＴｘ１の一次側に流れる一次電流を検出し、該一次電流の検出信号と所定の一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１とを比較し、この比較結果を基にスイッチング素子Ｑ１のＯＮ幅を制御して定電流垂下動作を行う瞬時過電流制御回路（一次垂下回路）５３と、出力トランスＴｘ１の二次側に繋がる整流回路部５４から出力される出力電流を検出し、該出力電流の検出信号と所定の二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２とを比較し、この比較結果を基にスイッチング素子Ｑ１のＯＮ幅を制御して定電流垂下動作または定電力垂下動作を行う出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２と、を有し、瞬時過電流制御回路（一次垂下回路）５３において定電流垂下動作を開始させる一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１のレベルは、出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２において定電流垂下動作または定電力垂下動作を開始させる二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２のレベルよりも大きく設定され、出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２において定電力垂下動作を行う際、すなわち直流電源ユニット１０の起動時には、一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１のレベルと二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２のレベルとを、出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２において定電流垂下動作を行う際、すなわち通常動作時のそれぞれのレベルよりも所定の割り合いだけ増加させる。
このような構成の直流電源ユニット１０では、定電流垂下動作を行う瞬時過電流制御回路（一次垂下回路）５３と、定電流垂下動作または定電力垂下動作を行う出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２とを備える。そして、直流電源ユニット１０の起動時には、瞬時過電流制御回路（一次垂下回路）５３の動作基準となる一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１と、定電力垂下動作を行う出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２の動作基準となる二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２とを、通常動作時のレベルよりも一時的に増加させる。
これにより、直流電源ユニット１０の起動の際に、定電力特性を持つ負荷ＲＬに所定の値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合においても、定電力垂下動作を行うことにより負荷ＲＬに電流を供給できる。
(3) In the above embodiment, the DC
In the DC
As a result, when the DC
（４）また、上記実施形態において、出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２は、出力電流Ｉｏの検出信号と二次垂下基準信号Ｉｒｅｆ２とを比例積分回路を用いて比較し、所定の時定数を有して比較結果を出力し、該比較結果を基に前記定電力垂下動作を行い、瞬時過電流制御回路（一次垂下回路）５３は、出力トランスＴｘ１の一次側電流の検出信号Ｉｓと一次垂下基準信号Ｉｒｅｆ１とを比較器ＣＭＰ１を用いて比較し、該比較結果を基に直ちに定電流垂下動作を行う。
このような構成の直流電源ユニット１０は、出力定電流制御回路（二次垂下回路）５２における定電力垂下動作（二次垂下動作）は応答を遅くし、瞬時過電流制御回路（一次垂下回路）５３における定電流垂下動作（一次垂下動作）は応答を早くする。
これにより、直流電源ユニット１０の起動の際に定電力垂下動作を行わせることができるとともに、高速応答する定電流垂下動作により、直流電源ユニット１０を過電流から確実に保護することができる。
(4) In the above embodiment, the output constant current control circuit (secondary droop circuit) 52 compares the detection signal of the output current Io with the secondary droop reference signal Iref2 using a proportional integration circuit, A comparison result is output with a time constant, and the constant power drooping operation is performed based on the comparison result. The instantaneous overcurrent control circuit (primary droop circuit) 53 detects the primary side current detection signal Is of the output transformer Tx1. And the primary droop reference signal Iref1 are compared using the comparator CMP1, and a constant current drooping operation is immediately performed based on the comparison result.
In the DC
As a result, a constant power drooping operation can be performed when the DC
（５）また、上記実施形態において、直流電源システム１００は、直流電源ユニット１０（より正確には、図８に示す直流電源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）の複数台のそれぞれを並列に接続して構成され、直流電源ユニット１０を並列に運転して負荷ＲＬに電力を供給する。
このような構成の直流電源システム１００では、各直流電源ユニット１０が、起動時のみに定電力垂下動作を行うことで、一時的に所定の値（各直流電源ユニット１０の通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を負荷ＲＬに流せるようにする。
これにより、直流電源システム１００を構成する各直流電源システム１００を、通常動作時において必要とされる仕様（例えば、スイッチング素子Ｑ１の選定や熱設計の仕様）のままで、定電力垂下特性を持つ直流電源ユニットとして構成することができる。このため、各直流電源ユニット１０において必要以上の熱設計が不要となり、各直流電源ユニット１０の寸法を小さくし、製造コストを低減できる。その結果、直流電源システム１００においても、寸法を小さくし、製造コストを低減できる。
(5) In the above-described embodiment, the DC
In the DC
Thereby, each DC
（６）また、上記実施形態において、負荷ＲＬは定電力特性を持つ負荷であり、また、直流電源システム１００の出力側はバッテリ６１を含む蓄電装置６０に接続され、停電により直流電源システム１００へ入力電源が供給されなくなった場合に、蓄電装置６０から負荷ＲＬに電力を供給し、復電時に各直流電源ユニット１０が起動する際に、各直流電源ユニット１０から負荷ＲＬに所定の値（各直流電源ユニット１０の通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合は、各直流電源ユニット１０に出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏとの積が一定となるように出力電圧Ｖｏを垂下させる定電力垂下動作を行わせて、所定の値以上の電流を負荷ＲＬに供給する。
このような構成の直流電源システム１００では、停電時には蓄電装置６０から負荷ＲＬに電力を供給する。そして、復電時において直流電源システム１００内の各直流電源ユニット１０を起動する際に、負荷ＲＬに所定の値（各直流電源ユニット１０の通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合は、各直流電源ユニット１０に定電力垂下動作を行わせることにより、一時的に所定の値以上の電流を負荷ＲＬに流せるようにする。
これにより、復電により直流電源システム１００内の直流電源ユニット１０を起動する際に、各直流電源ユニット１０から負荷ＲＬに所定の値（各直流電源ユニット１０の通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合においても、この電流を負荷ＲＬに供給しつつ、直流電源システム１００の出力電圧（より正確には各直流電源ユニット１０の出力電圧）を所要定格電圧まで立ち上げることができる。
(6) In the above embodiment, the load RL is a load having a constant power characteristic, and the output side of the DC
In DC
Thus, when starting the DC
（７）また、上記実施形態において、直流電源システム１００は、１番目から（ｎ＋１）番目までの（ｎ＋１）台の直流電源ユニット１０を並列に接続して構成され、通常動作時は、１番目からｎ番目までの直流電源ユニット１０を運転して負荷ＲＬに電力を供給し、１番目からｎ番目までの直流電源ユニット１０のいずれかが故障した場合には、（ｎ＋１）番目の直流電源ユニットを代替のユニットとして使用するとともに、通常動作時には、（ｎ＋１）番目の直流電源ユニット１０をバッテリ６１へ充電を行う充電兼用ユニットとして使用する。
このような構成の直流電源システム１００では、（ｎ＋１）台の直流電源ユニット１０を並列に接続して構成される。通常動作時は、１番目からｎ番目までの直流電源ユニット１０を運転して負荷ＲＬに電力を供給する。１番目からｎ番目までの直流電源ユニット１０のいずれかが故障した場合は、（ｎ＋１）番目の直流電源ユニットを代替のユニットとして使用する。また、通常動作時（故障ユニットが発生していない時）には、（ｎ＋１）番目の直流電源ユニット１０をバッテリ６１へ充電を行う充電兼用ユニットとして使用する。
これにより、直流電源システム１００を並列冗長運転方式の直流電源装置として構成するとともに、蓄電装置６０（バッテリ６１）を備える無停電電源装置として構成できる。そして、復電時等の直流電源システム１００内の各直流電源ユニット１０を起動する際に、各直流電源ユニット１０から負荷ＲＬに所定の値（各直流電源ユニット１０の通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を供給する必要がある場合においても、この電流を負荷ＲＬに供給しつつ、直流電源システム１００の出力電圧（より正確には各直流電源ユニット１０の出力電圧）を所要定格電圧まで立ち上げることができる。
(7) In the above embodiment, the DC
The DC
As a result, the DC
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の直流電源ユニット及び直流電源システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上述のＤＣ／ＤＣコンバータ回路はフォワードコンバータで構成することに限定されず、種々の形式のＤＣ／ＤＣコンバータにより構成することができる。また、上述のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、一次垂下動作として定電流垂下動作を行う一次垂下回路で構成することに限定されず、その他の垂下動作を行う一次垂下回路で構成してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the DC power supply unit and the DC power supply system of the present invention are not limited to the illustrated examples described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course, can be added. For example, the above-described DC / DC converter circuit is not limited to being configured with a forward converter, and can be configured with various types of DC / DC converters. The DC / DC converter circuit described above is not limited to a primary droop circuit that performs a constant current droop operation as the primary droop operation, but may be a primary droop circuit that performs other droop operations.
なお、上記実施形態において、直流電源ユニット１０は、起動時に定電力垂下動作を行う場合について説明したが、これに限られるものではない。直流電源ユニット１０は、起動時に代えて、所定の指示がされた際に、定電力垂下動作を行ってもよい。これにより、直流電源ユニット１０は、起動時のみならず、操作者により所定の指示（直流電源ユニット１０に強制的に定電力垂下動作をさせる指示）がされた際に、強制的に定電力垂下動作を行うことで、一時的に所定の値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の電流を負荷ＲＬに流すことができる。
In the above-described embodiment, the DC
なお、上記実施形態において、直流電源ユニット１０は、出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させる定電力垂下動作を行うことにより、所定の電流値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の出力電流を負荷ＲＬに供給する場合について説明したが、これに限られるものではない。直流電源ユニット１０は、出力電流と出力電圧との積が一定とならない垂下動作であっても、出力電圧を垂下させて出力電流を増加させる垂下動作を行うことにより、所定の電流値（通常動作時の定格最大電流ＩＬ）以上の出力電流を負荷ＲＬに供給してもよい。
In the above embodiment, the DC
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ・・・直流電源ユニット
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ・・・力率改善回路
３０・・・ＰＦＣ制御部
４０，４０Ａ・・・Ｄ／Ｄ制御回路
４１・・・Ｄ／Ｄコントローラ
４２・・・垂下基準信号生成部
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
５１・・・出力定電圧制御回路
５２・・・出力定電流制御回路（二次垂下回路）
５３・・・瞬時過電流制御回路（一次垂下回路）
５４・・・整流回路部
６０・・・蓄電装置
６１・・・バッテリ
７１・・・電圧増幅部
１００・・・直流電源システム
Ｔｘ１・・・出力トランス
Ｑ１・・・スイッチング素子
ＥＡ１，ＥＡ２・・・エラーアンプ
ＣＭＰ１，ＣＭＰ２・・・比較器
ＣＴ・・・カレントトランス
ＳＨ・・・シャント
ＲＬ・・・負荷
Ｖｒｅｆ・・・出力電圧基準信号
Ｉｒｅｆ１・・・一次垂下基準信号
Ｉｒｅｆ２・・・二次垂下基準信号
10, 10A, 10B, 10C ... DC
53 ... Instantaneous overcurrent control circuit (primary drooping circuit)
54 ...
Claims (9)
起動時、または、停電により供給される電力が遮断された後の復電により起動する際に、出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させて出力電流を増加させる定電力垂下動作を一時的に行い、前記所定の値以上の電流を負荷に供給することを特徴とする直流電源ユニット。 A DC power supply unit that performs a constant current drooping operation that limits the output current to a predetermined value for overcurrent protection,
When starting up or when starting up by power recovery after the power supplied due to a power failure is cut off, the output current is dropped to increase the output current so that the product of the output current and the output voltage is constant . A DC power supply unit characterized by temporarily performing a constant power drooping operation and supplying a current equal to or greater than the predetermined value to a load.
ことを特徴とする請求項１に記載の直流電源ユニット。 When starting up or when a predetermined instruction is given, if it is necessary to supply a current greater than the predetermined value to the load, the output voltage is dropped so that the product of the output current and the output voltage is constant. DC power supply unit according to claim 1 constant power droop operation was carried out, characterized in that supplying the predetermined value or more current to the load to be.
前記負荷は定電力特性を持つ負荷であり、
停電により前記直流電源システムへ電源が供給されなくなった場合に前記蓄電装置から前記負荷に電力を供給し、
復電の際の直流電源ユニットの起動時において、当該直流電源ユニットから前記負荷に前記所定の値以上の電流を供給する必要がある場合に、出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させる定電力垂下動作を行い、前記所定の値以上の電流を負荷に供給する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流電源ユニット。 A power storage device having a battery is connected to the output side of the DC power supply unit,
The load is a load having a constant power characteristic,
When power is not supplied to the DC power supply system due to a power failure, power is supplied from the power storage device to the load,
When the DC power supply unit is started at the time of power recovery, the product of the output current and the output voltage is made constant when it is necessary to supply a current greater than the predetermined value from the DC power supply unit to the load. The DC power supply unit according to claim 1 or 2 , wherein a constant power drooping operation for drooping an output voltage is performed, and a current equal to or greater than the predetermined value is supplied to a load.
前記一次垂下回路は、前記出力トランスの一次側電流の検出信号と前記一次垂下基準信号とを比較器を用いて比較し、該比較結果を基に直ちに前記垂下動作を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の直流電源ユニット。 The secondary droop circuit compares the output current detection signal and the secondary droop reference signal using a proportional integration circuit, outputs a comparison result having a predetermined time constant, and based on the comparison result. The constant power drooping operation is performed on
The primary droop circuit compares a detection signal of a primary current of the output transformer with the primary droop reference signal using a comparator, and immediately performs the droop operation based on the comparison result. Item 5. The DC power supply unit according to Item 4 .
また、前記直流電源システムの出力側はバッテリを含む蓄電装置に接続され、
停電により前記直流電源システムへ入力電源が供給されなくなった場合に、前記蓄電装置から前記負荷に電力を供給し、
復電時に各直流電源ユニットが起動する際に、各直流電源ユニットから前記負荷に所定の値以上の電流を供給する必要がある場合は、各直流電源ユニットに出力電流と出力電圧との積が一定となるように出力電圧を垂下させる定電力垂下動作を行わせて、前記所定の値以上の電流を負荷に供給する
ことを特徴とする請求項７に記載の直流電源システム。 The load is a load having a constant power characteristic,
The output side of the DC power supply system is connected to a power storage device including a battery,
When input power is not supplied to the DC power supply system due to a power failure, power is supplied from the power storage device to the load.
When each DC power supply unit is started at the time of power recovery, if it is necessary to supply a current of a predetermined value or more from each DC power supply unit to the load, the product of the output current and the output voltage is calculated for each DC power supply unit. The DC power supply system according to claim 7 , wherein a constant power drooping operation is performed to droop the output voltage so as to be constant, and a current equal to or greater than the predetermined value is supplied to the load.
通常動作時は、１番目からｎ番目までの直流電源ユニットを運転して前記負荷に電力を供給し、１番目からｎ番目までの直流電源ユニットのいずれかが故障した場合には、前記（ｎ＋１）番目の直流電源ユニットを代替のユニットとして使用するとともに、
通常動作時には、前記（ｎ＋１）番目の直流電源ユニットを前記バッテリへ充電を行う充電兼用ユニットとして使用する
ことを特徴とする請求項８に記載の直流電源システム。 The DC power supply system is configured by connecting (n + 1) DC power supply units from the first to (n + 1) th in parallel.
During normal operation, the first to nth DC power supply units are operated to supply power to the load. If any of the first to nth DC power supply units fails, the (n + 1) ) Use the second DC power supply unit as an alternative unit,
9. The DC power supply system according to claim 8 , wherein the (n + 1) th DC power supply unit is used as a charging unit that charges the battery during normal operation.
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