JP6270640B2 - 冗長化電源装置 - Google Patents

Description

この発明は冗長化電源装置に関し、特に、複数の電源ユニットを備えた冗長化電源装置に関する。

従来より、ネットワークサーバーや無線基地局などの高い信頼性が必要とされる重要負荷には、冗長化電源装置が使用されている。冗長化電源装置は、負荷に対して並列接続された複数の電源ユニットを備えている。複数の電源ユニットのうちのいずれか１つの電源ユニットから負荷に電力が供給され、電力を供給している電源ユニットが故障した場合は、他の１つの電源ユニットから負荷に電力が供給される。したがって、１つの電源ユニットが故障した場合でも、負荷の運転を継続することができる（たとえば特許文献１参照）。

特開平１１−２０２９５１号公報

しかし、従来の冗長化電源装置では、１つの電源ユニットに負荷電流が集中するので、その電源ユニットの発熱量が大きくなり、装置の信頼性が低下するという問題があった。電源ユニットの発熱量が大きくなると、温度変化によって半田接合部や電子部品の寿命が短くなったり、部品特性が大きく変化して動作が不安定になってしまう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、信頼性の高い冗長化電源装置を提供することである。

この発明に係る冗長化電源装置は、互いに異なる複数の電圧を負荷に供給する冗長化電源装置であって、それぞれ複数の電圧を負荷に出力するための複数の出力端子と、各々が複数の電圧のうちのいずれかの電圧を選択的に生成し、生成した電圧を当該電圧が対応する出力端子に出力する複数の電源ユニットとを備え、複数の電圧が複数の電源ユニットから分散して出力されるように、各電源ユニットは他の電源ユニットと異なる電圧を出力する。

この発明に係る冗長化電源装置では、負荷で必要とされる複数の電圧が複数の電源ユニットから分散して出力される。したがって、１つの電源ユニットに負荷電流が集中することを防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１による冗長化電源装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した冗長化電源装置の動作を示すブロック図である。 図１に示した冗長化電源装置の他の動作を示すブロック図である。 図２に示した電圧発生回路Ｇ１が故障した場合を説明するためのブロック図である。 図４で説明した場合における冗長化電源装置の動作を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による冗長化電源装置の構成を示すブロック図である。 図６に示した冗長化電源装置の動作を示すブロック図である。 図６に示した冗長化電源装置の他の動作を示すブロック図である。 図７に示した電圧発生回路Ｇ１が故障した場合を説明するためのブロック図である。 図９で説明した場合における冗長化電源装置の動作を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による冗長化電源装置の構成を示すブロック図である。 図１１に示した冗長化電源装置の動作を示すブロック図である。 図１２に示した電圧発生回路Ｇ１１が故障した場合を説明するためのブロック図である。 図１３で説明した場合における冗長化電源装置の動作を示すブロック図である。

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による冗長化電源装置１の構成を示すブロック図である。図１において、この冗長化電源装置１は、外部電源３（たとえば交流電源）から供給される電源電圧（たとえば交流電源電圧）によって駆動され、互いに異なる複数（たとえば２つ）の直流電圧Ｖ１，Ｖ２を生成して負荷４に供給するものである。

冗長化電源装置１は、電源ユニットＵ１，Ｕ２、電圧検出回路ＶＤ１，ＶＤ２、制御回路２、および出力端子Ｔ１，Ｔ２を備える。電源ユニットＵ１は電圧発生回路Ｇ１，Ｇ２を含み、電源ユニットＵ２は電圧発生回路Ｇ３，Ｇ４を含む。

電圧発生回路Ｇ１は、外部電源３から交流電源電圧を受ける入力端子Ａと、出力端子Ｔ１に接続された出力端子Ｂと、制御回路２からの制御信号φ１を受ける制御端子Ｃとを含む。電圧発生回路Ｇ１は、制御端子Ｃに与えられた制御信号φ１が活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合に活性化され、入力端子Ａに与えられた交流電源電圧を直流電圧Ｖ１に変換して出力端子Ｔ１に出力する順変換回路である。電圧発生回路Ｇ１は、制御端子Ｃに与えられた制御信号φ１が非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされた場合は非活性化され、出力端子Ｂをハイインピーダンス状態にする。

電圧発生回路Ｇ２は、外部電源３から交流電源電圧を受ける入力端子Ａと、出力端子Ｔ２に接続された出力端子Ｂと、制御回路２からの制御信号φ２を受ける制御端子Ｃとを含む。電圧発生回路Ｇ２は、制御端子Ｃに与えられた制御信号φ２が活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合に活性化され、入力端子Ａに与えられた交流電源電圧を直流電圧Ｖ１に変換して出力端子Ｔ２に出力する順変換回路である。電圧発生回路Ｇ２は、制御端子Ｃに与えられた制御信号φ１が非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされた場合は非活性化され、出力端子Ｂをハイインピーダンス状態にする。

電圧発生回路Ｇ３は、外部電源３から交流電源電圧を受ける入力端子Ａと、出力端子Ｔ１に接続された出力端子Ｂと、制御回路２からの制御信号φ３を受ける制御端子Ｃとを含む。電圧発生回路Ｇ３は、制御端子Ｃに与えられた制御信号φ３が活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合に活性化され、入力端子Ａに与えられた交流電源電圧を直流電圧Ｖ１に変換して出力端子Ｔ１に出力する順変換回路である。電圧発生回路Ｇ３は、制御端子Ｃに与えられた制御信号φ３が非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされた場合は非活性化され、出力端子Ｂをハイインピーダンス状態にする。

電圧発生回路Ｇ４は、外部電源３から交流電源電圧を受ける入力端子Ａと、出力端子Ｔ２に接続された出力端子Ｂと、制御回路２からの制御信号φ４を受ける制御端子Ｃとを含む。電圧発生回路Ｇ４は、制御端子Ｃに与えられた制御信号φ４が活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合に活性化され、入力端子Ａに与えられた交流電源電圧を直流電圧Ｖ２に変換して出力端子Ｔ２に出力する順変換回路である。電圧発生回路Ｇ４は、制御端子Ｃに与えられた制御信号φ４が非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされた場合は非活性化され、出力端子Ｂをハイインピーダンス状態にする。

電圧検出回路ＶＤ１は、出力端子Ｔ１の直流電圧Ｖ１を検出し、その検出値が正常か否かを判別し、その判別結果である故障情報を制御回路２に与える。電圧検出回路ＶＤ２は、出力端子Ｔ２の直流電圧Ｖ２を検出し、その検出値が正常か否かを判別し、その判別結果である故障情報を制御回路２に与える。

制御回路２は、電圧検出回路ＶＤ１，ＶＤ２からの故障情報に基づいて制御信号φ１〜φ４を生成し、電圧発生回路Ｇ１〜Ｇ４の各々を活性化または非活性化させる。負荷４は、冗長化電源装置１の出力端子Ｔ１，Ｔ２から出力される直流電圧Ｖ１，Ｖ２によって駆動される。負荷４は、高い信頼性が必要とされる重要負荷である。

次に、この冗長化電源装置１の動作について説明する。まず制御回路２は、２つの直流電圧Ｖ１，Ｖ２が２つの電源ユニットＵ１，Ｕ２から分散して出力されるように、電圧発生回路Ｇ１〜Ｇ４の各々を制御する。すなわち、制御回路２は、図２に示すように、制御信号φ１，φ４を活性化レベルの「Ｈ」レベルにして電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４を活性化させるとともに、制御信号φ２，φ３を非活性化レベルの「Ｌ」レベルにして電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を非活性化させ、電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４から直流電圧Ｖ１，Ｖ２を負荷４に供給させる。

あるいは、制御回路２は、図３に示すように、制御信号φ２，φ３を活性化レベルの「Ｈ」レベルにして電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を活性化させるとともに、制御信号φ１，φ４を非活性化レベルの「Ｌ」レベルにして電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４を非活性化させ、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３から直流電圧Ｖ２，Ｖ１を負荷４に供給させる。

活性化された電圧発生回路Ｇが外部電源３から供給された交流電源電圧を直流電圧Ｖ１またはＶ２に変換する際、その電圧発生回路Ｇにおいて電力損失が発生する。この電力損出は、熱となり電圧発生回路Ｇおよびその周囲の温度を上昇させる。

周囲温度が高くなるに従って、半田接合部や電子部品等の寿命は短くなる。一般的に周囲温度が１０℃上昇すると、電解コンデンサなどの寿命は１／２になる。半田接合部の周囲温度に変化が生じた場合、電子部品とプリント基板の熱膨張係数の差から生じる応力が半田接合部に繰返し加わるため、最終的に半田接合部が疲労して破壊される。このとき、半田接合部の周囲温度が高くなると、熱膨張係数の差から生じる応力も大きくなり、疲労破壊に至るまでの時間が短くなる。すなわち、半田接合部の寿命は短くなる。さらに、電子部品の電気特性は周囲温度に変化し、周囲温度が高くなると特性は悪くなる。

ここで、電圧発生回路Ｇ１，Ｇ３の各々が直流電圧Ｖ１を生成する時の電力損失により、放出される発熱量をＷ１とし、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ４の各々が直流電圧Ｖ２を生成する時の電力損失により、放出される発熱量をＷ２とする。

仮に、１つの電源ユニットＵ１の電圧発生回路Ｇ１，Ｇ２から直流電圧Ｖ１，Ｖ２を出力するか、１つの電源ユニットＵ２の電圧発生回路Ｇ３，Ｇ４から直流電圧Ｖ１，Ｖ２を出力するものとする。

この場合、１つの電源ユニットＵのみで電力損失が発生し、その電源ユニットＵの発熱量がＷ１＋Ｗ２となり、その電源ユニットＵの半田接合部や電子部品の寿命は短くなる。１つの電源ユニットＵの２つの電圧発生回路Ｇが活性化されて発熱量がＷ１＋Ｗ２となった場合における電源ユニットＵの周囲温度と外気温度との温度差が、１つの電源ユニットＵの１つの電圧発生回路Ｇのみが活性化されて発熱量がＷ１またはＷ２となった場合における電源ユニットＵの周囲温度と外気温度との温度差の２倍になったと仮定すると、半田接合部の寿命は約１／１０となる。

さらに、温度特性による特性の変化が大きくなるため、出力電力や出力電圧が不安定となる。たとえばダイオードでは、アノードからカソードに電流を流した時の順方向電圧の最大値は、周囲温度が０℃である時は０．９Ｖであるが、周囲温度が５０℃である時は０．６Ｖとなり、周囲温度が１００℃である時は０．４Ｖとない、温度が高くなるに従って電気特性が変化する。すなわち、１つの電源ユニットＵの２つの電圧発生回路Ｇが同時発熱した環境下における電気部品の特性と理想特性との差は、１つの電源ユニットＵの１つの電圧発生回路Ｇのみが発熱した環境下における電気部品の特性と理想特性との差よりも大きくなる。

さらに、電気回路が稼働するとノイズが発生し、そのノイズはその電気回路自身のみならず他の装置の誤作動を引き起こす原因となる。たとえば１つの電源ユニットＵ１のみから２つの直流電圧Ｖ１，Ｖ２を出力した場合、電圧発生回路Ｇ１から直流電圧Ｖ１を出力する時に発生するノイズと、電圧発生回路Ｇ２から直流電圧Ｖ２を出力する時に発生するノイズの両方が集中的に発生する。このため、ノイズ対策部品として、ノイズフィルタやフェライト部品を多用する必要が生じる。

これに対して本実施の形態１の冗長化電源装置１では、２つの直流電圧Ｖ１，Ｖ２を２つの電源ユニットＵ１，Ｕ２から分散して出力する。したがって、電源ユニットＵ１，Ｕ２の各々における発熱量はＷ１またはＷ２となり、１つの電源ユニットＵに負担が集中しない。このため、各電源ユニットＵ内の局所的な発熱を抑えることが可能となる。これによって、実装部品や半田付け部の長寿命化を図ることができ、信頼性の高い冗長化電源装置を得ることができる。

また、冗長化電源装置１内における実装部品の温度特性に左右され難く、安定した直流電圧Ｖ１，Ｖ２を負荷４に供給することができる。

さらに、電圧発生回路Ｇ１またはＧ３から直流電圧Ｖ１を出力する時に発生するノイズと、電圧発生回路Ｇ２またはＧ４から直流電圧Ｖ２を出力する時に発生するノイズを２つの電源ユニットＵ１，Ｕ２に分散することができる。このため、ノイズを低減することができ、出力ケーブルや半導体デバイスのリードに挿入するフェライト部品を大幅に削減することができる。

次に、電圧発生回路Ｇが故障した場合における冗長化電源装置１の動作について説明する。まず図２で示したように、電源ユニットＵ１の電圧発生回路Ｇ１から直流電圧Ｖ１を出力し、電源ユニットＵ２の電圧発生回路Ｇ４から直流電圧Ｖ２を出力しているものとする。すなわち電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４が活性化され、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３が非活性化されている。

ここで、図４に示すように、電源ユニットＵ１の電圧発生回路Ｇ１がたとえば故障して直流電圧Ｖ１が不安定になったものとする。この場合、直流電圧Ｖ１が不安定になったことが電圧検出回路ＶＤ１によって検出され、直流電圧Ｖ１が異常であることを示す故障情報が電圧検出回路ＶＤ１から制御回路２に伝達される。制御回路２は、電圧検出回路ＶＤ１からの故障情報に基づいて、出力端子Ｔ１に直流電圧Ｖ１を出力している電圧発生回路Ｇ１が異常であると判別する。

制御回路２は、異常であると判別した電圧発生回路Ｇ１を選択対象から除外し、電源ユニットＵ１，Ｕ２から直流電圧Ｖ１，Ｖ２が分散して出力されるように、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を選択し、選択した電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を活性化させる。すなわち、制御回路２は、図５に示すように、電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４を非活性化させるとともに電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を活性化させ、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３からそれぞれ直流電圧Ｖ２，Ｖ１を出力させる。これにより、負荷４の運転が継続される。

さらに、電源ユニットＵ１の電圧発生回路Ｇ１だけでなく電圧発生回路Ｇ２も異常である場合は、制御回路２は、電源ユニットＵ２の電圧発生回路Ｇ３，Ｇ４から直流電圧Ｖ１，Ｖ２を出力させる。すなわち、特定の電源ユニットＵの複数の電圧発生回路Ｇが全て故障した場合には、故障していない他の１つの電源ユニットＵの複数の電圧発生回路Ｇから負荷４が要求する全ての直流電圧Ｖを出力する場合もある。

以上のように、本実施の形態１によれば、特定の電源ユニットＵの電圧発生回路Ｇが故障した場合でも、スムーズに電圧発生回路Ｇを切り替えて復旧できるので、信頼性の高い冗長化電源装置１を提供することができる。

なお、本実施の形態１では、負荷４が要求する出力電圧の数と、電源ユニットＵの数と、１つの電源ユニットＵ内の電圧発生回路Ｇの数とがともに２の場合について説明したが、それらの数が３以上である場合でも同様の効果が得られる。

また、本実施の形態１では、外部電源３が交流電源であり、電圧発生回路Ｇ１〜Ｇ４の各々が交流電源電圧を直流電圧に変換する順変換回路置である場合について説明したが、これに限るものではない。外部電源３が直流電源であり、電圧発生回路Ｇ１〜Ｇ４の各々が直流電源電圧を直流電圧に変換する直流−直流変換回路であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、本実施の形態１では、電圧検出回路ＶＤ１，ＶＤ２が出力端子Ｔ１，Ｔ２の直流電圧Ｖ１，Ｖ２を検出し、検出した直流電圧Ｖ１，Ｖ２が正常か否かを判別したが、これに限るものではなく、電圧検出回路ＶＤ１，ＶＤ２が出力端子Ｔ１，Ｔ２の直流電圧Ｖ１，Ｖ２を検出し、制御回路２が電圧発生回路ＶＤ１，ＶＤ２の検出結果に基づいて直流電圧Ｖ１，Ｖ２が正常か否かを判別しても構わない。

[実施の形態２]
図６は、この発明の実施の形態２による冗長化電源装置１１の構成を示すブロック図である。図６において、この冗長化電源装置１１は、外部電源３（たとえば交流電源）から供給される電源電圧（たとえば交流電源電圧）によって駆動され、互いに異なる複数（たとえば２つ）の直流電圧Ｖ１，Ｖ２を生成して負荷４に供給するものである。

冗長化電源装置１１は、電源ユニットＵ１１，Ｕ１２、電圧検出回路ＶＤ１，ＶＤ２、および出力端子Ｔ１，Ｔ２を備える。電源ユニットＵ１１は電圧発生回路Ｇ１，Ｇ２および制御回路Ｃ１を含み、電源ユニットＵ１２は電圧発生回路Ｇ３，Ｇ４および制御回路Ｃ２を含む。電圧発生回路Ｇ１〜Ｇ４は、実施の形態１で説明した通りである。

電圧検出回路ＶＤ１は、出力端子Ｔ１の直流電圧Ｖ１を検出し、その検出値が正常か否かを判別し、その判別結果である故障情報を制御回路Ｃ１に与える。電圧検出回路ＶＤ２は、出力端子Ｔ２の直流電圧Ｖ２を検出し、その検出値が正常か否かを判別し、その判別結果である故障情報を制御回路Ｃ２に与える。

制御回路Ｃ１，Ｃ２は、通信回線１２で互いに接続されており、１つの総合制御回路を構成している。制御回路Ｃ１は、電圧検出回路ＶＤ１から与えられた故障情報を受け、その故障情報を通信回線１２を介して制御回路Ｃ２に送信し、その故障情報を制御回路Ｃ２と共有する。制御回路Ｃ２は、電圧検出回路ＶＤ２から与えられた故障情報を受け、その故障情報を通信回線１２を介して制御回路Ｃ１に送信し、その故障情報を制御回路Ｃ１と共有する。

制御回路Ｃ１は、制御回路Ｃ２と共有している故障情報などに基づいて制御信号φ１，φ２を生成し、電圧発生回路Ｇ１，Ｇ２の各々を活性化または非活性化させる。制御回路Ｃ２は、制御回路Ｃ１と共有している故障情報などに基づいて制御信号φ３，φ４を生成し、電圧発生回路Ｇ３，Ｇ４の各々を活性化または非活性化させる。負荷４は、冗長化電源装置１１の出力端子Ｔ１，Ｔ２から出力される直流電圧Ｖ１，Ｖ２によって駆動される。負荷４は、高い信頼性が必要とされる重要負荷である。

次に、この冗長化電源装置１１の動作について説明する。まず制御回路Ｃ１，Ｃ２は、２つの直流電圧Ｖ１，Ｖ２が２つの電源ユニットＵ１，Ｕ２から分散して出力されるように、電圧発生回路Ｇ１〜Ｇ４の各々を制御する。すなわち、制御回路Ｃ１，Ｃ２は、図７に示すように、制御信号φ１，φ４を活性化レベルの「Ｈ」レベルにして電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４を活性化させるとともに、制御信号φ２，φ３を非活性化レベルの「Ｌ」レベルにして電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を非活性化させ、電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４から直流電圧Ｖ１，Ｖ２を負荷４に供給させる。

あるいは、制御回路Ｃ１，Ｃ２は、図８に示すように、制御信号φ２，φ３を活性化レベルの「Ｈ」レベルにして電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を活性化させるとともに、制御信号φ１，φ４を非活性化レベルの「Ｌ」レベルにして電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４を非活性化させ、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３から直流電圧Ｖ２，Ｖ１を負荷４に供給させる。

次に、電圧発生回路Ｇが故障した場合における冗長化電源装置１１の動作について説明する。まず図７で示したように、電源ユニットＵ１の電圧発生回路Ｇ１から直流電圧Ｖ１を出力し、電源ユニットＵ２の電圧発生回路Ｇ４から直流電圧Ｖ２を出力しているものとする。すなわち電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４が活性化され、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３が非活性化されている。

ここで、図９に示すように、電源ユニットＵ１の電圧発生回路Ｇ１がたとえば故障して直流電圧Ｖ１が不安定になったものとする。この場合、直流電圧Ｖ１が異常であることが電圧検出回路ＶＤ１によって検知され、直流電圧Ｖ１が異常であることを示す故障情報が電圧検出回路ＶＤ１から制御回路Ｃ１に与えられ、さらにその故障情報が制御回路Ｃ１から通信回線１２を介して制御回路Ｃ２に伝達される。制御回路Ｃ１，Ｃ２は、共有する故障情報に基づいて、出力端子Ｔ１に直流電圧Ｖ１を出力している電圧発生回路Ｇ１が異常であると判別する。

制御回路Ｃ１，Ｃ２は、異常であると判別した電圧発生回路Ｇ１を選択対象から除外し、電源ユニットＵ１，Ｕ２から直流電圧Ｖ１，Ｖ２が分散して出力されるように、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を選択し、選択した電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を活性化させる。すなわち、制御回路Ｃ１，Ｃ２は、図１０に示すように、電圧発生回路Ｇ１，Ｇ４を非活性化させるとともに電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３を活性化させ、電圧発生回路Ｇ２，Ｇ３からそれぞれ直流電圧Ｖ２，Ｖ１を出力させる。これにより、負荷４の運転が継続される。

さらに、電源ユニットＵ１の電圧発生回路Ｇ１だけでなく電圧発生回路Ｇ２も故障した場合は、制御回路Ｃ１，Ｃ２は、電源ユニットＵ２の電圧発生回路Ｇ３，Ｇ４から直流電圧Ｖ１，Ｖ２を出力させる。すなわち、特定の電源ユニットＵの複数の電圧発生回路Ｇが全て故障した場合には、故障していない他の１つの電源ユニットＵの複数の電圧発生回路Ｇから負荷４が要求する全ての直流電圧Ｖを出力する場合もある。

この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
また、本実施の形態２では、電圧検出回路ＶＤ１，ＶＤ２が出力端子Ｔ１，Ｔ２の直流電圧Ｖ１，Ｖ２を検出し、直流電圧Ｖ１，Ｖ２が正常か否かを判別したが、これに限るものではなく、電圧検出回路ＶＤ１，ＶＤ２が出力端子Ｔ１，Ｔ２の直流電圧Ｖ１，Ｖ２を検出し、制御回路Ｃ１，Ｃ２が電圧発生回路ＶＤ１，ＶＤ２の検出結果に基づいて直流電圧Ｖ１，Ｖ２が正常か否かを判別しても構わない。

[実施の形態３]
図１１は、この発明の実施の形態３による冗長化電源装置２１の構成を示すブロック図である。図１１において、この冗長化電源装置２１は、外部電源３（たとえば交流電源）から供給される電源電圧（たとえば交流電源電圧）によって駆動され、互いに異なる複数（たとえば２つ）の直流電圧Ｖ１，Ｖ２を生成して負荷４に供給するものである。

冗長化電源装置２１は、電源ユニットＵ２１，Ｕ２２、ダイオードＤ１〜Ｄ４、および出力端子Ｔ１，Ｔ２を備える。電源ユニットＵ２１は電圧発生回路Ｇ１１，Ｇ１２を含み、電源ユニットＵ２２は電圧発生回路Ｇ１３，Ｇ１４を含む。

電圧発生回路Ｇ１１は、外部電源３から交流電源電圧を受ける入力端子Ａと、出力端子Ｂとを含む。電圧発生回路Ｇ１１は、入力端子Ａに与えられた交流電源電圧を直流電圧Ｖ１に変換して出力端子Ｂに出力する順変換回路である。電圧発生回路Ｇ１１の出力電圧Ｖ１は、調整可能になっている。たとえば、電圧発生回路Ｇ１１に含まれる２次側の抵抗値を調整すると、出力電圧Ｖ１を調整することができる。

電圧発生回路Ｇ１２は、外部電源３から交流電源電圧を受ける入力端子Ａと、出力端子Ｂとを含む。電圧発生回路Ｇ１２は、入力端子Ａに与えられた交流電源電圧を直流電圧Ｖ２に変換して出力端子Ｂに出力する順変換回路である。電圧発生回路Ｇ１２の出力電圧Ｖ２は、調整可能になっている。たとえば、電圧発生回路Ｇ１２に含まれる２次側の抵抗値を調整すると、出力電圧Ｖ２を調整することができる。

電圧発生回路Ｇ１３は、外部電源３から交流電源電圧を受ける入力端子Ａと、出力端子Ｂとを含む。電圧発生回路Ｇ１３は、入力端子Ａに与えられた交流電源電圧を直流電圧Ｖ１に変換して出力端子Ｂに出力する順変換回路である。電圧発生回路Ｇ１３の出力電圧Ｖ１は、調整可能になっている。たとえば、電圧発生回路Ｇ１３に含まれる２次側の抵抗値を調整すると、出力電圧Ｖ１を調整することができる。

電圧発生回路Ｇ１４は、外部電源３から交流電源電圧を受ける入力端子Ａと、出力端子Ｂとを含む。電圧発生回路Ｇ１４は、入力端子Ａに与えられた交流電源電圧を直流電圧Ｖ２に変換して出力端子Ｂに出力する順変換回路である。電圧発生回路Ｇ１４の出力電圧Ｖ２は、調整可能になっている。たとえば、電圧発生回路Ｇ１４に含まれる２次側の抵抗値を調整すると、出力電圧Ｖ２を調整することができる。

ダイオードＤ１，Ｄ３のアノードはそれぞれ電圧発生回路Ｇ１１，Ｇ１３の出力端子Ｂに接続され、それらのカソードはともに出力端子Ｔ１に接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ３は、電圧発生回路Ｇ１１，Ｇ１３の出力電圧のうちの高い方の電圧を出力端子Ｔ１に出力するダイオードＯＲ回路を構成する。

ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードはそれぞれ電圧発生回路Ｇ１２，Ｇ１４の出力端子Ｂに接続され、それらのカソードはともに出力端子Ｔ２に接続されている。ダイオードＤ２，Ｄ４は、電圧発生回路Ｇ１２，Ｇ１４の出力電圧のうちの高い方の電圧を出力端子Ｔ２に出力するダイオードＯＲ回路を構成する。負荷４は、冗長化電源装置２１の出力端子Ｔ１，Ｔ２から出力される直流電圧Ｖ１，Ｖ２によって駆動される。負荷４は、高い信頼性が必要とされる重要負荷である。

次に、この冗長化電源装置２１の動作について説明する。まず図１２に示すように、電圧発生回路Ｇ１１の出力電圧をＶ１よりも高いＶ１Ａに調整するとともに、電圧発生回路Ｇ１４の出力電圧をＶ２よりも高いＶ２Ａに調整する。Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａは、負荷４の耐圧を超えない電圧であり、それぞれＶ１，Ｖ２よりも微小電圧ΔＶだけ高い電圧である。これにより、ダイオードＤ１，Ｄ４がオンするとともにダイオードＤ２，Ｄ３がオフし、電圧発生回路Ｇ１１，Ｇ１４の出力電圧Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａが負荷４に供給される。

このように本実施の形態３では、２つの電源ユニットＵ２１，Ｕ２２から２つの直流電圧Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａが分散して出力されるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

次に、電圧発生回路Ｇが故障した場合の動作について説明する。図１２で示したように、電圧発生回路Ｇ１１，Ｇ１４の出力電圧Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａが負荷４に供給されているものとする。ここで、故障等の原因で電源ユニットＵ２１の電圧発生回路Ｇ１２から電圧Ｖ１Ａが出力されなくなった場合、図１３に示すように電圧発生回路Ｇ１１から負荷４に電流が流れなくなる。この場合、図１４に示すようにダイオードＤ１がオフするとともにダイオードＤ３がオンし、電圧発生回路Ｇ１３，Ｇ１４から負荷４に直流電圧Ｖ１，Ｖ２Ａが出力され、負荷４の運転が継続される。

この実施の形態３でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
なお、本実施の形態３では、負荷４が要求する出力電圧の数と、電源ユニットＵの数と、１つの電源ユニットＵ内の電圧発生回路Ｇの数とがともに２の場合について説明したが、それらの数が３以上である場合でも同様の効果が得られる。

また、本実施の形態３では、外部電源３が交流電源であり、電圧発生回路Ｇ１１〜Ｇ１４の各々が交流電源電圧を直流電圧に変換する順変換回路置である場合について説明したが、これに限るものではない。外部電源３が直流電源であり、電圧発生回路Ｇ１１〜Ｇ１４の各々が直流電源電圧を直流電圧に変換する直流−直流変換回路であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１１，２１ 冗長化電源装置、２，Ｃ１，Ｃ２ 制御回路、３ 外部電源、４ 負荷、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ２１，Ｕ２２ 電源ユニット、ＶＤ１，ＶＤ２ 電圧検出回路、Ｇ１〜Ｇ４，Ｇ１１〜Ｇ１４ 電圧発生回路、Ａ 入力端子、Ｂ，Ｔ１，Ｔ２ 出力端子、Ｃ 制御端子、Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード。

Claims (8)

1. 互いに異なる複数の電圧を負荷に供給する冗長化電源装置であって、
   それぞれ前記複数の電圧を前記負荷に出力するための複数の出力端子と、
   各々が前記複数の電圧のうちのいずれかの電圧を選択的に生成し、生成した電圧を当該電圧が対応する出力端子に出力する複数の電源ユニットとを備え、
   前記複数の電圧が前記複数の電源ユニットから分散して出力されるように、各電源ユニットは他の電源ユニットと異なる電圧を出力する、冗長化電源装置。
2. 各電源ユニットは、それぞれ前記複数の電圧に対応して設けられた複数の電圧発生回路を含み、
   各電源ユニットにおいて他の電源ユニットと異なる電圧発生回路が選択され、選択された各電圧発生回路は、外部電源電圧に基づいて対応する電圧を生成し、生成した電圧を対応する出力端子に出力する、請求項１に記載の冗長化電源装置。
3. 各電源ユニットの前記複数の電圧発生回路のうちの異常な電圧発生回路は選択されず、正常な電圧発生回路が選択される、請求項２に記載の冗長化電源装置。
4. さらに、それぞれ前記複数の出力端子に対応して設けられ、各々が対応の出力端子の電圧を検出し、検出した電圧が正常か否かを判別する複数の電圧検出回路と、
   前記複数の電圧検出回路の判別結果に基づいて、異常な電圧発生回路を選択対象から除外し、各電源ユニットにおいて他の電源ユニットと異なる正常な電圧発生回路を選択する制御回路とを備える、請求項３に記載の冗長化電源装置。
5. 各電圧発生回路は、制御端子を含み、前記制御端子に活性化レベルの信号が与えられた場合は活性化されて対応の電圧を出力し、前記制御端子に非活性化レベルの信号が与えられた場合は非活性化されて対応の電圧の出力を停止し、
   前記制御回路は、選択した各電圧発生回路の制御端子に前記活性化レベルの信号を与え、選択していない各電圧発生回路の制御端子に前記非活性化レベルの信号を与える、請求項４に記載の冗長化電源装置。
6. さらに、それぞれ前記複数の出力端子に対応して設けられ、各々が対応の出力端子の電圧を検出し、検出した電圧が正常か否かを判別する複数の電圧検出回路と、
   それぞれ前記複数の電圧検出回路に対応して設けられ、通信回線によって互いに結合された複数の制御回路とを備え、
   各制御回路は対応の電圧検出回路の判別結果を前記通信回線を介して他の制御回路に伝達し、前記複数の制御回路は前記複数の電圧検出回路の判別結果を共有して１つの総合制御回路を構成し、
   前記総合制御回路は、前記複数の電圧検出回路の判別結果に基づいて、異常な電圧発生回路を選択対象から除外し、各電源ユニットにおいて他の電源ユニットと異なる正常な電圧発生回路を選択する、請求項３に記載の冗長化電源装置。
7. 各電圧発生回路は、制御端子を含み、前記制御端子に活性化レベルの信号が与えられた場合は活性化されて対応の電圧を出力し、前記制御端子に非活性化レベルの信号が与えられた場合は非活性化されて対応の電圧の出力を停止し、
   前記総合制御回路は、選択した各電圧発生回路の制御端子に前記活性化レベルの信号を与え、選択していない各電圧発生回路の制御端子に前記非活性化レベルの信号を与える、請求項６に記載の冗長化電源装置。
8. 各電源ユニットは、それぞれ前記複数の電圧に対応して設けられた複数の電圧発生回路を含み、各電圧発生回路の出力電圧は調整可能になっていて、
   さらに、各電圧発生回路に対応して設けられ、アノードが対応の電圧発生回路の出力電圧を受け、カソードが対応する出力端子に接続されたダイオードを備え、
   各電源ユニットにおいて他の電源ユニットと異なる電圧発生回路が選択され、選択された各電圧発生回路の出力電圧は当該電圧発生回路が対応する電圧よりも高い電圧に調整され、選択されない各電圧発生回路の出力電圧は当該電圧発生回路が対応する電圧に調整される、請求項１に記載の冗長化電源装置。

Images