JP6926762B2 - 電源装置 - Google Patents

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本発明は、負荷に対して複数個を並列または直列に接続して同時運転を可能に構成された電源装置に関するものである。
この種の電源装置として、下記の特許文献1において従来の技術として開示された電源装置(電源ユニット)が一般的なものとして広く知られている。この電源装置は、CB(電流バランス)端子を備え、同一の負荷に対して並列に接続された状態においてそれぞれのCB端子が共通のラインによって相互に接続される。各電源装置は、出力電流検出回路、突き合わせ回路(具体的には抵抗器)、比較回路、基準電圧発生回路、合成回路、出力電圧検出回路、オペアンプ、PWM/FM制御回路、およびスイッチング素子を有して入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング回路部を備えている。
各電源装置では、出力電流検出回路が電源装置から負荷に供給している出力電流を検出して電流値に比例した電圧(電流検出電圧)を生成して、突き合わせ回路を構成する抵抗器の一端に出力すると共に比較回路に出力する。突き合わせ回路を構成する抵抗器の他端はCB端子に接続されているため、上記したように各電源装置のCB端子が共通のラインで接続されている状態では、CB端子の電圧は、各電源装置の出力電流検出回路から出力される電流検出電圧の平均電圧となる。また、このCB端子の電圧(平均電圧)は、比較回路に出力される。比較回路では、この平均電圧と電流検出電圧とを比較してその差を増幅して差分電圧として出力する。基準電圧発生回路は、出力電圧を規定するための元となる基準電圧を発生させる回路であり、この基準電圧は内蔵された調整抵抗によって調整可能に構成されている。合成回路は、この基準電圧に比較回路から出力される差分電圧を合成(電圧加算)して、出力電圧についての最終的な基準電圧としてオペアンプに出力する。出力電圧検出回路は、電源装置の出力端子間の電圧を出力電圧として検出すると共に、これに比例した電圧検出電圧を生成してオペアンプに出力する。オペアンプは、電圧検出電圧と最終的な基準電圧とを比較してその差を示す誤差電圧をPWM/FM制御回路に出力する。PWM/FM制御回路は、入力される誤差電圧に応じてスイッチング素子を制御することにより、入力電流のPWM/FM制御を行う。
この構成により、各電源装置では、自身の出力電流と各電源装置の出力電流の平均とに差が生じているとき、つまり比較回路から出力される差分電圧がゼロでないときには、合成回路から出力される最終的な基準電圧がこの差分電圧に応じて変更されて、オペアンプおよびPWM/FM制御回路が、出力電圧検出回路から出力される電圧検出電圧がこの最終的な基準電圧と一致するようにスイッチング素子を制御する。これにより、各電源装置の出力電流は、すべての電源装置の出力電流の平均に揃えられる。つまり、各電源装置の出力電流は同じ電流値に揃えられる。
特開平4−322129号公報(第2−3頁、第7−11図)
ところが、上記の電源装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。具体的には、この電源装置では、複数個を共通の負荷に対して並列に接続して並列運転したときの各電源装置から負荷に出力される出力電流を揃えることはできている。一方、各電源装置の出力端子と負荷とを接続する出力配線の長さは電源装置毎に異なるのが通常である(つまり、電源装置毎に出力配線の抵抗値がばらつくのが通常である)ことから、各電源装置の出力端子間での出力電圧には差が生じている。すなわち、負荷までの出力配線の抵抗値が大きい電源装置ほど、出力配線での電圧降下が大きくなることから、高い出力電圧を出力する。したがって、電源装置毎に稼働状態(この場合には、出力電力)が異なるという状況が生じる結果、各電源装置の寿命にも長短が生じるという解決すべき課題が存在している。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、複数同時運転状態での稼働状態をより平均化し得る電源装置を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明に係る電源装置は、負荷に対して複数個を並列または直列に接続して同時運転を可能に構成された電源装置であって、前記複数個の電源装置における各バランス端子が共通のラインで接続された状態で稼働され、入力電圧をスイッチング素子でスイッチングして変換して、前記負荷が接続される出力端子に出力電圧および出力電流を供給する電力変換部と、前記出力電圧を検出して当該出力電圧の電圧値を示す第1検出電圧信号を出力する電圧検出部と、前記出力電流を検出して当該出力電流の電流値を示す第2検出電圧信号を出力する電流検出部と、前記第1検出電圧信号および前記第2検出電圧信号に基づいて稼働状態に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧を出力する稼働状態検出部と、前記稼働状態検出電圧を入力して前記バランス端子に出力する突き合わせ回路部と、前記稼働状態検出電圧と前記バランス端子に発生するバランス電圧とを比較して両電圧の差分に応じて変化する差分電圧信号を出力する比較部と、前記出力電圧についての初期目標電圧値に対応する第1基準電圧値を示す第1基準電圧信号を出力する基準電圧出力部と、前記第1基準電圧信号と前記差分電圧信号とを合成して第2基準電圧信号を出力する電圧合成部と、前記第1検出電圧信号と前記第2基準電圧信号とを比較して両電圧信号の差分に応じて変化する誤差電圧信号を出力する誤差検出部と、前記誤差電圧信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより、前記稼働状態検出電圧と前記バランス電圧の前記差分を減少させ、かつ前記第1検出電圧信号と前記第2基準電圧信号の前記差分を減少させるスイッチング制御部とを備えている。
これにより、本発明の電源装置では、稼働状態検出部が第1検出電圧信号および第2検出電圧信号に基づいて稼働状態としての出力電力の状態(出力電力値)に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧を出力し、この稼働状態検出電圧が突き合わせ回路部を介してバランス端子に出力される。したがって、この電源装置によれば、共通の負荷に対して複数個を並列に接続すると共に、各電源装置のバランス端子を共通のラインで接続することにより、各電源装置から負荷に出力される出力電力を同一に揃えること(稼働状態を揃えること(平均化すること))ができる結果、出力電力の少ない多いに起因して各電源装置の寿命に長短が生じる事態を回避すること、つまり、各電源装置の寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。
また、本発明に係る電源装置は、装置についての温度を検出して当該温度を示す第3検出電圧信号を出力する温度検出部を備え、前記稼働状態検出部は、前記第1検出電圧信号および前記第2検出電圧信号に加えて前記第3検出電圧信号に基づいて前記稼働状態検出電圧を出力する。
これにより、本発明の電源装置によれば、各電源装置での稼働状態(出力電力に装置の温度(例えば内部温度)を加味した稼働状態)を同一に揃えることができる。すなわち、この電源装置によれば、出力電力の少ない多いだけではなく、電源装置の寿命に影響を与える温度についても考慮して、各電源装置の寿命に長短が生じることを回避すること、つまり、各電源装置の寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。
また、本発明に係る電源装置は、負荷に対して複数個を並列または直列に接続して同時運転を可能に構成された電源装置であって、前記複数個の電源装置における各バランス端子が共通のラインで接続された状態で稼働され、入力電圧をスイッチング素子でスイッチングして変換して、前記負荷が接続される出力端子に出力電圧および出力電流を供給する電力変換部と、前記出力電圧を検出して当該出力電圧の電圧値を示す第1検出電圧信号を出力する電圧検出部と、前記出力電流を検出して当該出力電流の電流値を示す第2検出電圧信号を出力する電流検出部と、装置についての温度を検出して当該温度を示す第3検出電圧信号を出力する温度検出部と、前記第2検出電圧信号および前記第3検出電圧信号に基づいて稼働状態に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧を出力する稼働状態検出部と、前記稼働状態検出電圧を入力して前記バランス端子に出力する突き合わせ回路部と、前記稼働状態検出電圧と前記バランス端子に発生するバランス電圧とを比較して両電圧の差分に応じて変化する差分電圧信号を出力する比較部と、前記出力電圧についての初期目標電圧値に対応する第1基準電圧値を示す第1基準電圧信号を出力する基準電圧出力部と、前記第1基準電圧信号と前記差分電圧信号とを合成して第2基準電圧信号を出力する電圧合成部と、前記第1検出電圧信号と前記第2基準電圧信号とを比較して両電圧信号の差分に応じて変化する誤差電圧信号を出力する誤差検出部と、前記誤差電圧信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより、前記稼働状態検出電圧と前記バランス電圧の前記差分を減少させ、かつ前記第1検出電圧信号と前記第2基準電圧信号の前記差分を減少させるスイッチング制御部とを備えている。
これにより、本発明の電源装置によれば、各電源装置での稼働状態(出力電流に装置の温度(例えば内部温度)を加味した稼働状態)を同一に揃えることができることから、この稼働状態のばらつきに起因して各電源装置の寿命に長短が生じることを回避すること、つまり、各電源装置の寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。
また、本発明に係る電源装置は、前記稼働状態検出部と前記突き合わせ回路部との間に配設されて、当該稼働状態検出部から出力される前記稼働状態検出電圧を電気的に絶縁して当該突き合わせ回路部に出力する絶縁回路を備え、前記比較部は、比較して得られた前記差分電圧信号を電気的に絶縁して前記電圧合成部に出力する絶縁アンプを有している。
これにより、本発明の電源装置によれば、共通の負荷に対して複数個を直列に接続すると共に、各電源装置のバランス端子を共通のラインで接続することにより、各電源装置の出力電圧を加算して負荷に出力しつつ、各電源装置の稼働状態を揃えること(各電源装置から負荷に出力される出力電力や、出力電力に温度を加味した稼働状態や、出力電流に温度を加味した稼働状態を揃えること)ができる結果、稼働状況が異なることに起因して各電源装置の寿命に長短が生じる事態を回避すること、つまり、各電源装置の寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。
本発明によれば、複数同時運転状態での稼働状態をより平均化し得る電源装置を提供することができる。
稼働状態を示すパラメータとして出力電力を使用したときの電源装置1Aの構成、およびこの電源装置1Aを3個並列に接続して同時運転させるときの構成を示す構成図である。 稼働状態を示すパラメータとして出力電力を使用したときの電源装置1Bの構成、および各電源装置1A,1Bを直列に接続して同時運転させるときの構成を示す構成図である。 稼働状態を示すパラメータとして出力電力および温度を使用したときの電源装置1Cの構成を示す構成図である。 稼働状態を示すパラメータとして出力電流および温度を使用したときの電源装置1Dの構成を示す構成図である。
以下、電源装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、電源装置の一例としての電源装置1Aの構成について図1を参照して説明する。この電源装置1A(図1中では、3個の電源装置1Aを区別するために、電源装置1A,1A,1Aと表記している)は、一例として、一対の入力端子2a,2b(以下、特に区別しないときには「入力端子2」ともいう)、一対の出力端子3a,3b(以下、特に区別しないときには「出力端子3」ともいう)、バランス端子4、電力変換部5、電圧検出部6、電流検出部7、稼働状態検出部8、突き合わせ回路部9、比較部10、基準電圧出力部11、電圧合成部12、誤差検出部13、およびスイッチング制御部14を備え、入力端子2間に入力された入力電圧Vinを電力変換部5(具体的には、電力変換部5の後述するスイッチング素子5a)でスイッチングして変換して、負荷LDが接続された出力端子3間に出力電圧(直流出力電圧)Voおよび出力電流(直流出力電流)Ioを供給可能に構成されている。なお、図1中では、3個の電源装置1A,1A,1Aに対応させて、出力電圧Vo,Vo,Voと表記し、また出力電流Io,Io,Ioと表記している。
電力変換部5は、少なくとも1つのスイッチング素子5aを備えて、入力端子2を介して入力される入力電圧Vinをこのスイッチング素子5aでスイッチングして出力電圧Voに変換すると共に、この出力電圧Voを出力端子3間に出力する。また、電力変換部5は、負荷LDに供給される出力電流Ioについても、出力端子3に出力する。電力変換部5は、入力電圧Vinが交流電圧のときにはAC−DCコンバータとして構成されて出力電圧Voを出力し、また入力電圧Vinが直流電圧のときにはDC−DCコンバータとして構成されて出力電圧Voを出力する。この場合、スイッチング素子5aは、スイッチング制御部14から出力される後述の駆動信号Sdにより、スイッチング動作する(オン・オフ動作する)。
電圧検出部6は、出力電圧Voを検出すると共に、この出力電圧Voの電圧値を示す第1検出電圧信号としての第1検出電圧Vv(出力電圧Voの電圧値に応じて電圧値が変化する第1検出電圧Vv)を出力する。電流検出部7は、出力電流Ioを検出すると共に、この出力電流Ioの電流値を示す第2検出電圧信号としての第2検出電圧Vi(出力電流Ioの電流値に応じて電圧値が変化する第2検出電圧Vi)に変換して出力する。
稼働状態検出部8は、本例では一例として、第1検出電圧信号および第2検出電圧信号(本例では、第1検出電圧Vvおよび第2検出電圧Vi)に基づいて稼働状態に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧Vop(図1中では、3個の電源装置1A,1A,1Aに対応させて、稼働状態検出電圧Vop,Vop,Vopと表記している)を出力する。本例での稼働状態とは、第1検出電圧Vvおよび第2検出電圧Viに基づいて検出される電源装置1Aが、負荷LDに現在出力している出力電力の状態(出力電力値)である。つまり、稼働状態検出部8は、稼働状態を示すパラメータとして出力電力を使用して稼働状態検出電圧Vopを出力し、出力電力が増加したときには、より重い稼働状態になったことに対応してこの稼働状態検出電圧Vopの電圧値を上昇させ、一方、出力電力が減少したときには、より軽い稼働状態になったことに対応してこの稼働状態検出電圧Vopの電圧値を低下させる。
突き合わせ回路部9は、例えば、抵抗(規定の抵抗値の抵抗)で構成されている。このため、本例では以下において、抵抗9ともいう。この抵抗9は、一端が稼働状態検出部8に接続されることで、この一端に稼働状態検出電圧Vopが印加される。また、抵抗9は、他端がバランス端子4に接続されている。つまり、抵抗9は、稼働状態検出部8から出力される稼働状態検出電圧Vopをバランス端子4に出力する。バランス端子4は、複数の電源装置1Aが並列または直列に接続されて同時運転される際には、図1に示すように、他の電源装置1Aのバランス端子4と共通のラインLN(バランス線)で接続される。この場合、他端がこのラインLNによって互いに接続された各電源装置1Aの抵抗(同一抵抗値の抵抗)9は、公知のアナログ電圧の平均回路を構成する。したがって、各電源装置1Aの抵抗9の一端に各電源装置1Aの稼働状態検出部8から印加されている稼働状態検出電圧Vopは、この抵抗9で構成される平均回路によって平均され、この平均された電圧がバランス電圧Vblとして各バランス端子4に発生する。
比較部10は、例えばオペアンプを用いて構成されて、稼働状態検出電圧Vopとバランス電圧Vblとを比較して、両電圧Vop,Vblの差分に応じて変化する差分電圧信号としての差分電圧Vdf(この差分に応じて電圧値が変化する電圧)を出力する。例えば、比較部10は、稼働状態検出電圧Vopがバランス電圧Vblよりも低いときには、極性が正であって、両電圧Vop,Vblの差分の絶対値に比例した電圧値で差分電圧Vdfを出力し、一方、稼働状態検出電圧Vopがバランス電圧Vblよりも高いときには、極性が負であって、両電圧Vop,Vblの差分の絶対値に比例した電圧値で差分電圧Vdfを出力する。また、比較部10は、両電圧Vop,Vblの差分を減少させるための信号としてこの差分電圧Vdfを出力する。
基準電圧出力部11は、この電源装置1Aでの出力電圧Voについての初期目標電圧値に対応する第1基準電圧値を示す第1基準電圧信号としての第1基準電圧Vrf(図1中では、3個の電源装置1A,1A,1Aに対応させて、第1基準電圧Vrf,Vrf,Vrfと表記している)を出力する。例えば、複数の電源装置1Aが負荷LDに対して並列に接続されて同時運転される場合、各電源装置1Aと負荷LDとを接続する配線の長さは、同一になることは希であり、通常は互いに相違する。このため、この配線で生じる電圧降下が電源装置1A毎に相違することから、電源装置1A毎の電圧降下を考慮して、第1基準電圧Vrfの第1基準電圧値が個別に調整される。
電圧合成部12は、第1基準電圧信号と差分電圧信号(本例では、第1基準電圧Vrfと差分電圧Vdf)とを合成(加算)して第2基準電圧信号としての第2基準電圧Vrsを出力する。この場合、差分電圧Vdfは、稼働状態検出電圧Vopとバランス電圧Vblとに基づいて上記のように極性および電圧値が変化する。このため、第2基準電圧Vrsは、稼働状態検出電圧Vopとバランス電圧Vblとが一致しているときには、差分電圧Vdfがゼロボルトになることから、第1基準電圧Vrfと同じ電圧値となる。また、第2基準電圧Vrsは、稼働状態検出電圧Vopがバランス電圧Vblよりも低いときには、差分電圧Vdfが極性が正で、かつ両電圧Vop,Vblの差分の絶対値に比例した電圧値となることから、第1基準電圧Vrfよりも差分電圧Vdfの絶対値だけ高い電圧値となる。また、第2基準電圧Vrsは、稼働状態検出電圧Vopがバランス電圧Vblよりも高いときには、差分電圧Vdfが極性が負で、かつ両電圧Vop,Vblの差分の絶対値に比例した電圧値となることから、第1基準電圧Vrfよりも差分電圧Vdfの絶対値だけ低い電圧値となる。
誤差検出部13は、例えばオペアンプを用いて構成されて、第1検出電圧信号と第2基準電圧信号(本例では、第1検出電圧Vvと第2基準電圧Vrs)とを比較して両電圧Vv,Vrsの差分に応じて変化する誤差電圧信号としての誤差電圧Ver(この差分に応じて電圧値が変化する電圧)を出力する。例えば、誤差検出部13は、第1検出電圧Vvが第2基準電圧Vrsよりも低いときには、極性が正であって、両電圧Vv,Vrsの差分の絶対値に比例した電圧値で誤差電圧Verを出力し、一方、第1検出電圧Vvが第2基準電圧Vrsよりも高いときには、極性が負であって、両電圧Vv,Vrsの差分の絶対値に比例した電圧値で誤差電圧Verを出力する。また、誤差検出部13は、両電圧Vv,Vrsの差分を減少させるための信号としてこの誤差電圧Verを出力する。なお、本例の誤差検出部13は、上記したように、両電圧Vv,Vrsの差分の絶対値に比例した電圧値で誤差電圧Verを出力する構成(P制御の構成)を採用しているが、この構成に代えて、PI制御の構成(先の誤差電圧Verを出力した後の次の誤差電圧Verの出力に際して、現在の両電圧Vv,Vrsの差分に相当する分(ΔVer)を先の誤差電圧Verに加算したもの(Ver+ΔVer)を出力する構成)を採用することもできる。
スイッチング制御部14は、誤差検出部13から出力される誤差電圧信号(本例では、誤差電圧Ver)に基づいて駆動信号Sdを生成して、電力変換部5のスイッチング素子5aに出力することにより、稼働状態検出電圧Vopとバランス電圧Vblの差分を減少させ、かつ第1検出電圧信号と第2基準電圧信号(本例では、第1検出電圧Vvと第2基準電圧Vrs)の差分を減少させるようにスイッチング素子5aのスイッチング動作を制御する。具体的には、電力変換部5がPWM(パルス幅変調)制御によって出力電圧Voを制御する構成であるときには、スイッチング制御部14は、駆動信号Sdのデューティ比を制御することで、両電圧Vop,Vblの差分が減少し、かつ両電圧Vv,Vrsの差分が減少するようにスイッチング素子5aのスイッチング動作を制御する。一方、電力変換部5がPFM(パルス周波数変調)制御によって出力電圧Voを制御する構成であるときには、スイッチング制御部14は、駆動信号Sdの周波数を制御することで、両電圧Vop,Vblの差分が減少し、かつ両電圧Vv,Vrsの差分が減少するようにスイッチング素子5aのスイッチング動作を制御する。
次に、電源装置1Aの動作について、共通の負荷LDに電源装置1Aを複数個接続(本例では一例として、図1に示すように3個を並列に接続)して同時運転させる電源システムPSYS1を例に挙げて説明する。
なお、本例では一例として、電源装置1A,1A,1Aの各入力端子2には、共通の入力電圧Vinが入力されるものとするが、これに限らず、電源装置1A,1A,1Aの各入力端子2に個別の入力電圧Vinが入力される構成であってもよい。
また、電源装置1A,1A,1Aは負荷LDにそれぞれ接続されてはいるが、それぞれのバランス端子4が共通のラインLNで接続される前の状態において、同じ電流値の出力電流Ioを出力しているときの負荷LDの両端間の電圧VLが揃うように、それぞれの第1基準電圧Vrfが第1基準電圧Vrf,Vrf,Vrfに個別に調整されているものとする。この場合、例えば、負荷LDとの間の配線の抵抗値が電源装置1A,1A,1Aの順に大きい(高い)ときには、同じ電流値の出力電流Ioが流れたときの配線での電圧降下もこの順に大きくなる。このことから、電源装置1A,1A,1Aの各出力電圧Vo,Vo,Voについてはこの順に高くする必要があるため、第1基準電圧Vrf,Vrf,Vrfはこの順に高くなるように調整されているものとする。
図1に示す電源システムPSYS1において同時に運転させられている各電源装置1A,1A,1Aでは、電圧検出部6が出力電圧Voを検出して第1検出電圧Vvを出力し、また電流検出部7が出力電流Ioを検出すると共に電圧信号としての第2検出電圧Viに変換して出力している。また、稼働状態検出部8が、第1検出電圧Vvおよび第2検出電圧Viに基づいて、稼働状態(本例では、第1検出電圧Vvおよび第2検出電圧Viに基づいて検出される出力電力の電力量)に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧Vop,Vop,Vopを出力する。また、これらの稼働状態検出電圧Vop,Vop,Vopは、他端がバランス端子4およびラインLNを経由して互いに接続されて平均回路を構成するそれぞれの抵抗9の一端に印加される。このため、バランス端子4には、稼働状態検出電圧Vop,Vop,Vopの平均電圧であるバランス電圧Vbl(=(Vop+Vop+Vop)/3)が発生する。
また、各電源装置1A,1A,1Aでは、比較部10が、それぞれの装置1A,1A,1Aでの稼働状態検出電圧Vop,Vop,Vopと共通のバランス電圧Vblとを個別に比較して、稼働状態検出電圧Vop,Vop,Vopのそれぞれとバランス電圧Vblとの差分に応じて変化する差分電圧Vdfを出力する。この場合、比較部10は、上記したように、稼働状態検出電圧Vopがバランス電圧Vblよりも低いとき、つまり、この稼働状態検出電圧Vopを出力している稼働状態検出部8が設けられた電源装置1Aでの出力電力が、バランス電圧Vblで示される各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均よりも低いときには、両電圧Vop,Vblの差分の絶対値に比例した電圧値であって極性が正の差分電圧Vdfを出力する。一方、比較部10は、上記したように、稼働状態検出電圧Vopがバランス電圧Vblよりも高いとき、つまり、この稼働状態検出電圧Vopを出力している稼働状態検出部8が設けられた電源装置1Aでの出力電力が、バランス電圧Vblで示される各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均よりも高いときには、両電圧Vop,Vblの差分の絶対値に比例した電圧値であって極性が負の差分電圧Vdfを出力する。
また、各電源装置1A,1A,1Aでは、電圧合成部12が第1基準電圧Vrfとこの差分電圧Vdfとを合成(加算)して第2基準電圧Vrsを出力する。これにより、バランス電圧Vblで示される各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均よりも出力電力が小さい電源装置1Aでは、第1基準電圧Vrfに正の差分電圧Vdfが合成(加算)されることから、第2基準電圧Vrsは第1基準電圧Vrfよりも高い電圧値となる。一方、バランス電圧Vblで示される各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均よりも出力電力が大きい電源装置1Aでは、第1基準電圧Vrfに負の差分電圧Vdfが合成(加算)されることから、第2基準電圧Vrsは第1基準電圧Vrfよりも低い電圧値となる。
また、各電源装置1A,1A,1Aでは、誤差検出部13が、第1検出電圧Vvと第2基準電圧Vrsの差分に応じて変化する誤差電圧Verを出力し、スイッチング制御部14が、この誤差電圧Verに基づいて駆動信号Sdを生成して、電力変換部5のスイッチング素子5aに出力することにより、両電圧Vop,Vblの差分が減少し、かつ両電圧Vv,Vrsの差分が減少するようにスイッチング素子5aのスイッチング動作を制御する。
これにより、バランス電圧Vblで示される各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均よりも出力電力が小さい電源装置1Aでは、上記したように第2基準電圧Vrsが第1基準電圧Vrfよりも高い電圧値となり、これに伴い、スイッチング制御部14が、誤差電圧Verに基づいて両電圧Vv,Vrsの差分が減少するように、電力変換部5のスイッチング素子5aを制御して、出力電圧Voを上昇させる。したがって、各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均よりも出力電力が小さい電源装置1Aでは、出力電力が増加させられる。
一方、バランス電圧Vblで示される各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均よりも出力電力が大きい電源装置1Aでは、上記したように第2基準電圧Vrsが第1基準電圧Vrfよりも低い電圧値となり、これに伴い、スイッチング制御部14が、誤差電圧Verに基づいて両電圧Vv,Vrsの差分が減少するように、電力変換部5のスイッチング素子5aを制御して、出力電圧Voを低下させる。したがって、各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均よりも出力電力が大きい電源装置1Aでは、出力電力が減少させられる。
この結果、各電源装置1A,1A,1Aでは、稼働状態検出電圧Vop,Vop,Vopで示されるそれぞれでの出力電力が、バランス電圧Vblで示される各電源装置1A,1A,1Aでの出力電力の平均と一致するように、つまり、稼働状態検出電圧Vop,Vop,Vopで示されるそれぞれの出力電力が一致するように、各出力電圧Vo,Vo,Voが制御される。
このように、この電源装置1Aでは、稼働状態検出部8が第1検出電圧Vvおよび第2検出電圧Viに基づいて稼働状態としての出力電力の状態(出力電力値)に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧Vopを出力し、この稼働状態検出電圧Vopが抵抗9を介してバランス端子4に出力される。したがって、この電源装置1Aによれば、共通の負荷LDに対して複数個を並列に接続すると共に、各電源装置1Aのバランス端子4を共通のラインLNで接続することにより、各電源装置1Aから負荷LDに出力される出力電力を同一に揃えること(稼働状態を揃えること(平均化すること))ができる結果、出力電力の少ない多い(稼働状態が異なること)に起因して各電源装置1Aの寿命に長短が生じる事態を回避すること、つまり、各電源装置1Aの寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。
なお、複数の電源装置1Aを並列接続して同時運転させる電源システムPSYS1について上記したが、稼働状態検出部8が第1検出電圧Vvおよび第2検出電圧Viに基づいて稼働状態としての出力電力の状態(出力電力値)に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧Vopを出力し、この稼働状態検出電圧Vopが抵抗9を介してバランス端子4に出力される構成については、図2に示すように、複数の電源装置(この場合には、上記した電源装置1Aと、他の構成の電源装置1B)を直列接続して同時運転させる電源システムPSYS2にも適用することができる。以下、この電源装置1Bおよび電源システムPSYS2について説明する。なお、電源装置1Aおよび電源システムPSYS1と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
電源装置の一例としての電源装置1Bの構成について図2を参照して説明する。この電源装置1Bは、一例として、一対の入力端子2a,2b、一対の出力端子3a,3b、バランス端子4、電力変換部5、電圧検出部6、電流検出部7、稼働状態検出部8、絶縁回路21、突き合わせ回路部9、比較部22、基準電圧出力部11、電圧合成部12、誤差検出部13、スイッチング制御部14、およびコモン端子23を備え、入力端子2間に入力された入力電圧Vinを電力変換部5(具体的には、電力変換部5のスイッチング素子5a)でスイッチングして変換して、負荷LDが接続された出力端子3間に出力電圧(直流出力電圧)Voおよび出力電流(直流出力電流)Ioを供給可能に構成されている。
この場合、電源装置1Bは、後述するように、他の電源装置1Aと直列接続(電源装置1Aがローサイドとなり、電源装置1Bがハイサイドとなる状態で直列接続)されて共通の負荷LDに接続される。このため、ハイサイド側の電源装置1Bの電力変換部5は、不図示の絶縁トランスなどを使用して入力電圧Vin側(一次側)と出力電圧Vo側(二次側)とが電気的に絶縁された絶縁型電力変換部として構成されている。また、電源装置1Bでは、スイッチング制御部14は、この一次側に配置されたスイッチング素子5aに対して、パルストランスなどの絶縁回路(図示せず)を介して駆動信号Sdを出力する。
また、絶縁回路21は、例えば、絶縁アンプを有して構成されると共に、稼働状態検出部8と突き合わせ回路部としての抵抗9との間に配設されて、稼働状態検出部8から出力される稼働状態検出電圧Vopを電気的に絶縁して抵抗9の一端に出力(印加)する。理解の容易のため、絶縁回路21から抵抗9に出力される電圧についても、稼働状態検出電圧Vopと表記するものとする。また、比較部22は、例えば、絶縁アンプを有して構成されて、稼働状態検出電圧Vopとバランス電圧Vblとを比較して、両電圧Vop,Vblの差分に応じて変化する差分電圧信号としての差分電圧Vdfを生成すると共に、この差分電圧Vdfを電気的に絶縁して電圧合成部12に出力する。コモン端子23は、ローサイドとなる電源装置1Aにおける基準電位G1の部位(本例では、出力端子3a,3bのうちの低電位側の出力端子3b)に接続される。
また、電源装置1Bでは、図2に示すように、抵抗9、抵抗9に接続される絶縁回路21の一部の回路、抵抗9に接続される比較部22の一部の回路、および電力変換部5の一次側の回路(図示せず)は、基準電位G1を基準電位として動作する回路として構成され、他の回路については基準電位G2(基準電位G1に対してフローティング状態(電気的に絶縁された状態)にある電位)を基準電位として動作する回路として構成されている。
次に、電源装置1Bおよび電源システムPSYS2の動作について説明する。なお、この電源システムPSYS2では、図2に示すように、1個の電源装置1Aをローサイドとして、この電源装置1Aのハイサイド側に1個以上(本例では1個)の電源装置1Bが直列に接続されている。この構成により、電源システムPSYS2では、電源装置1Aの出力電圧Voに、電源装置1Bの出力電圧Voが加算された電圧が負荷LDに出力される。また、直列接続された電源装置1A,1Bには、同じ出力電流Ioが流れる。
また、各電源装置1A,1Bの稼働状態検出電圧Vopおよび第1基準電圧Vrfについては、それぞれの出力電圧Vo,Voの表記に対応させて、稼働状態検出電圧Vop,Vop、および第1基準電圧Vrf,Vrfと表記するものとする。
また、各電源装置1A,1Bの第1基準電圧Vrf,Vrfについては、負荷LDの両端間の電圧VLの1/2の電圧が出力電圧Vo,Voとして出力されるように予め調整されているものとする。
電源装置1Bでは、上記したように、電力変換部5が絶縁型電力変換部として構成され、かつ抵抗9およびこの抵抗9に接続される一部の回路が装置内の他の回路に対して電気的に絶縁されている点において、電源装置1Aと構成上相違しているが、基本的な動作については電源装置1Aと同じである。したがって、この電源システムPSYS2では、各電源装置1A,1Bは、稼働状態検出電圧Vop,Vopで示されるそれぞれでの出力電力が、バランス電圧Vblで示される各電源装置1A,1Bでの出力電力の平均と一致するように、つまり、稼働状態検出電圧Vop,Vopで示されるそれぞれの出力電力が一致するように各出力電圧Vo,Voが制御されて、この出力電圧Vo,Voの加算電圧が負荷LDに出力される。
このように、この電源装置1Bによれば、共通の負荷LDに対して電源装置1Aと組み合わせて複数個を直列に接続すると共に、各電源装置1A,1Bのバランス端子4を共通のラインLNで接続することにより、出力電圧Vo,Voを加算して負荷LDに出力しつつ、電源装置1A,1Bから負荷LDに出力される出力電力を同一に揃えること(稼働状態を揃えること)ができる結果、出力電力の少ない多い(稼働状態が異なること)に起因して各電源装置1A,1Bの寿命に長短が生じる事態を回避すること、つまり、各電源装置1A,1Bの寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。
なお、上記の電源装置1A,1Bでは、稼働状態検出部8において、出力電圧Voの電圧値に応じて電圧値が変化する第1検出電圧Vvと、出力電流Ioの電流値に応じて電圧値が変化する第2検出電圧Viとだけに基づいて、電源装置1A,1Bの稼働状態を示す稼働状態検出電圧Vop(稼働状態に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧Vop)を出力する構成、つまり、出力電力だけを稼働状態を示すパラメータとして使用して稼働状態検出電圧Vopを出力する構成を採用しているが、これに限定されるものではない。
例えば、稼働状態検出部8が、第1検出電圧Vvと第2検出電圧Viとに基づいて規定される出力電力に加えて、電源装置についての温度を稼働状態を示すパラメータとして使用して、稼働状態検出電圧Vopを出力するという構成を採用することもできる。この構成を採用した電源装置1Cについて、図3を参照して説明する。なお、電源装置1Cは、一例として電源装置1Aをベースとしているため、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、図示はしないが、電源装置1Bをベースとしてもよいのは勿論である。
この電源装置1Cは、電源装置1Aの構成に加えて、装置についての温度(本例では一例として、装置の内部温度)を検出してこの内部温度に応じて変化する第3検出電圧信号としての第3検出電圧Vt(この内部温度に応じて電圧値が変化する電圧)を出力する温度検出部24を備え、稼働状態検出部8が、第1検出電圧信号および第2検出電圧信号に加えて第3検出電圧信号に基づいて、つまり、第3検出電圧Vtで示される内部温度、および出力電力(つまり、第1検出電圧Vvおよび第2検出電圧Vi)を稼働状態を示すパラメータとして使用して、稼働状態検出電圧Vopを出力するように構成されている。なお、装置についての温度は、電源装置の内部温度に限定されず、電源装置の近傍の外気温度とすることもできる。また、内部温度としては、例えば、電源装置を構成する電子部品のうちの寿命が温度から強く影響を受ける電子部品(例えばコンデンサ)の近傍の温度とすることができる。
この電源装置1Cによれば、共通の負荷LDに対して複数個を並列に接続すると共に、各電源装置1Cのバランス端子4を共通のラインLNで接続することにより、各電源装置1Cでの稼働状態(出力電力に内部温度を加味した稼働状態)を同一に揃えることができる。すなわち、この電源装置1Cによれば、出力電力の少ない多いだけではなく、電源装置1Cの寿命に影響を与える内部温度についても考慮して、各電源装置1Cの稼働状態が異なることに起因して各電源装置1Cの寿命に長短が生じることを回避すること、つまり、各電源装置1Cの寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。また、この電源装置1Cと、電源装置1Bをベースとして温度検出部24を備えた電源装置とによれば、共通の負荷LDに対して複数個を直列に接続した構成においても、出力電力の少ない多いだけではなく、電源装置1Cおよび電源装置1Bをベースとするこの電源装置の寿命に影響を与える内部温度についても考慮して、電源装置1C等の寿命に長短が生じることを回避すること、つまり、電源装置1C等の寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。
また、上記の電源装置1A,1B,1Cでは、稼働状態検出部8において、第1検出電圧Vvおよび第2検出電圧Viに基づく出力電力を稼働状態を示すパラメータとして使用して、電源装置1A,1B,1Cの稼働状態に対応して電圧値が変化する(稼働状態を示す)稼働状態検出電圧Vopを出力する構成を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、稼働状態検出部8が、第2検出電圧Viで示される出力電流Ioの電流値と第3検出電圧Vtで示される内部温度とを稼働状態を示すパラメータとして使用して、稼働状態検出電圧Vopを出力するという構成を採用することもできる。この構成を採用した電源装置1Dについて、図4を参照して説明する。なお、電源装置1Dは、一例として電源装置1Aをベースとしているため、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、図示はしないが、電源装置1Bをベースとしてもよいのは勿論である。
この電源装置1Dは、電源装置1Aの構成に加えて、第3検出電圧Vtを出力する温度検出部24を備え、稼働状態検出部8が、第2検出電圧Viで示される出力電流Ioおよび第3検出電圧Vtで示される内部温度を稼働状態を示すパラメータとして使用して稼働状態検出電圧Vopを出力するように構成されている。
この電源装置1Dによれば、共通の負荷LDに対して複数個を並列に接続すると共に、各電源装置1Dのバランス端子4を共通のラインLNで接続することにより、各電源装置1Dでの稼働状態(出力電流に内部温度を加味した稼働状態)を同一に揃えることができることから、この稼働状態が異なることに起因して各電源装置1Dの寿命に長短が生じることを回避すること、つまり、各電源装置1Cの寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。また、この電源装置1Dと、電源装置1Bをベースとして温度検出部24を備えた電源装置(稼働状態検出部8が稼働状態を示すパラメータとして出力電流Ioおよび内部温度を使用して稼働状態検出電圧Vopを出力する電源装置)とによれば、共通の負荷LDに対して複数個を直列に接続した構成においても、この稼働状態のばらつきに起因して電源装置1D等の寿命に長短が生じることを回避すること、つまり、電源装置1D等の寿命を揃えて全体としての寿命を長くすることができる。
また、上記した電源装置1A,1B,1C,1Dでは、第1検出電圧信号としてのアナログ信号である第1検出電圧Vv、第2検出電圧信号としてのアナログ信号である第2検出電圧Vi、差分電圧信号としてのアナログ信号である差分電圧Vdf、第1基準電圧信号としてのアナログ信号である第1基準電圧Vrf、第2基準電圧信号としてのアナログ信号である第2基準電圧Vrs、および誤差電圧信号としてのアナログ信号である誤差電圧Verを、アナログ回路として構成された稼働状態検出部8、比較部10、基準電圧出力部11、電圧合成部12、誤差検出部13およびスイッチング制御部14でアナログ処理する構成を採用しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、稼働状態検出部8、比較部10、基準電圧出力部11、電圧合成部12、誤差検出部13、およびスイッチング制御部14の少なくとも一部、または全部をマイクロプロセッサ内に組み込むと共に、第1検出電圧信号、第2検出電圧信号、バランス電圧Vbl、差分電圧信号、第1基準電圧信号、第2基準電圧信号および誤差電圧信号のうちのマイクロプロセッサ内に組み込む構成要素に関連する電圧信号をA/D変換によりデジタル信号にして取り込んでディジタル処理する構成を採用することもできる。この場合、第1検出電圧Vv、第2検出電圧Vi、バランス電圧Vbl、および第3検出電圧VtをA/D変換してディジタル信号にしてマイクロプロセッサに取り込めば良い。また、稼働状態検出部8がマイクロプロセッサ内に組み込まれているときには、マイクロプロセッサが、デジタル信号をD/A変換することによりアナログ信号の稼働状態検出電圧Vopとして突き合わせ回路部9に印加する。これにより、アナログ部品の減少による電源装置の小型化や処理速度向上を図ることができる。また、電力変換部5をフェイズシフト制御によって出力電圧Voを制御する構成としてもよく、この場合には、スイッチング制御部14は、複数の駆動信号Sdのデューティー比を一定にした状態で位相を制御(位相シフト制御)することで、稼働状態検出電圧Vopとバランス電圧Vblの差分が減少し、かつ第1検出電圧Vvと第2基準電圧Vrsの差分が減少するように複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する構成とする。
1A,1B,1C,1D 電源装置
3a,3b 出力端子
4 バランス端子
5 電力変換部
5a スイッチング素子
6 電圧検出部
7 電流検出部
8 稼働状態検出部
9 抵抗(突き合わせ回路部)
10 比較部
11 基準電圧出力部
12 電圧合成部
13 誤差検出部
14 スイッチング制御部
Io 出力電流
LD 負荷
Vdf 差分電圧
Ver 誤差電圧
Vi 第2検出電圧
Vin 入力電圧
Vo 出力電圧
Vop 稼働状態検出電圧
Vrf 第1基準電圧
Vrs 第2基準電圧
Vv 第1検出電圧

Claims (4)

  1. 負荷に対して複数個を並列または直列に接続して同時運転を可能に構成された電源装置であって、
    前記複数個の電源装置における各バランス端子が共通のラインで接続された状態で稼働され、
    入力電圧をスイッチング素子でスイッチングして変換して、前記負荷が接続される出力端子に出力電圧および出力電流を供給する電力変換部と、
    前記出力電圧を検出して当該出力電圧の電圧値を示す第1検出電圧信号を出力する電圧検出部と、
    前記出力電流を検出して当該出力電流の電流値を示す第2検出電圧信号を出力する電流検出部と、
    前記第1検出電圧信号および前記第2検出電圧信号に基づいて稼働状態に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧を出力する稼働状態検出部と、
    前記稼働状態検出電圧を入力して前記バランス端子に出力する突き合わせ回路部と、
    前記稼働状態検出電圧と前記バランス端子に発生するバランス電圧とを比較して両電圧の差分に応じて変化する差分電圧信号を出力する比較部と、
    前記出力電圧についての初期目標電圧値に対応する第1基準電圧値を示す第1基準電圧信号を出力する基準電圧出力部と、
    前記第1基準電圧信号と前記差分電圧信号とを合成して第2基準電圧信号を出力する電圧合成部と、
    前記第1検出電圧信号と前記第2基準電圧信号とを比較して両電圧信号の差分に応じて変化する誤差電圧信号を出力する誤差検出部と、
    前記誤差電圧信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより、前記稼働状態検出電圧と前記バランス電圧の前記差分を減少させ、かつ前記第1検出電圧信号と前記第2基準電圧信号の前記差分を減少させるスイッチング制御部とを備えている電源装置。
  2. 装置についての温度を検出して当該温度を示す第3検出電圧信号を出力する温度検出部を備え、
    前記稼働状態検出部は、前記第1検出電圧信号および前記第2検出電圧信号に加えて前記第3検出電圧信号に基づいて前記稼働状態検出電圧を出力する請求項1記載の電源装置。
  3. 負荷に対して複数個を並列または直列に接続して同時運転を可能に構成された電源装置であって、
    前記複数個の電源装置における各バランス端子が共通のラインで接続された状態で稼働され、
    入力電圧をスイッチング素子でスイッチングして変換して、前記負荷が接続される出力端子に出力電圧および出力電流を供給する電力変換部と、
    前記出力電圧を検出して当該出力電圧の電圧値を示す第1検出電圧信号を出力する電圧検出部と、
    前記出力電流を検出して当該出力電流の電流値を示す第2検出電圧信号を出力する電流検出部と、
    装置についての温度を検出して当該温度を示す第3検出電圧信号を出力する温度検出部と、
    前記第2検出電圧信号および前記第3検出電圧信号に基づいて稼働状態に対応して電圧値が変化する稼働状態検出電圧を出力する稼働状態検出部と、
    前記稼働状態検出電圧を入力して前記バランス端子に出力する突き合わせ回路部と、
    前記稼働状態検出電圧と前記バランス端子に発生するバランス電圧とを比較して両電圧の差分に応じて変化する差分電圧信号を出力する比較部と、
    前記出力電圧についての初期目標電圧値に対応する第1基準電圧値を示す第1基準電圧信号を出力する基準電圧出力部と、
    前記第1基準電圧信号と前記差分電圧信号とを合成して第2基準電圧信号を出力する電圧合成部と、
    前記第1検出電圧信号と前記第2基準電圧信号とを比較して両電圧信号の差分に応じて変化する誤差電圧信号を出力する誤差検出部と、
    前記誤差電圧信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより、前記稼働状態検出電圧と前記バランス電圧の前記差分を減少させ、かつ前記第1検出電圧信号と前記第2基準電圧信号の前記差分を減少させるスイッチング制御部とを備えている電源装置。
  4. 前記稼働状態検出部と前記突き合わせ回路部との間に配設されて、当該稼働状態検出部から出力される前記稼働状態検出電圧を電気的に絶縁して当該突き合わせ回路部に出力する絶縁回路を備え、
    前記比較部は、比較して得られた前記差分電圧信号を電気的に絶縁して前記電圧合成部に出力する絶縁アンプを有している請求項1から3のいずれかに記載の電源装置。
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