JP7018847B2 - スイッチング電源システム及び直流給電システム - Google Patents
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Description
・本発明の一態様は、複数の電力供給源の各々からそれぞれ直流を入力されかつ共通の出力端に直流を出力するように構成された複数のスイッチング電源と、
前記複数のスイッチング電源の各々にそれぞれ設けられ、そのスイッチング電源のスイッチング素子を駆動するPWM信号のデューティ比をそれぞれ制御する、複数のドループ制御回路とを備えたスイッチング電源システムであって、
前記ドループ制御回路の各々が、
前記共通の出力端における出力電圧と前記スイッチング電源の出力する出力電流とを検出し、前記出力電流が増加すると前記出力電圧が降下するドループ特性を有するように、前記デューティ比を制御する電圧を生成することにより帰還増幅を行うと共に、
前記複数の電力供給源が1又は複数の自然エネルギー発電装置及び系統電源を含み、前記複数の電力供給源の各々の電力供給能力に対応して各スイッチング電源が出力電流を分担するように、前記複数のドループ制御回路の各々のドループ特性がそれぞれ予め設定されており、かつ、各前記ドループ制御回路は、当該ドループ制御回路が設けられている各スイッチング電源を予め設定されたドループ特性に従ってそれぞれ制御することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記ドループ特性が、前記出力電流が増加すると前記出力電圧が一定の傾きで降下するように設定されていることが、好適である。
・ 上記態様において、前記ドループ特性が、前記出力電流が増加すると前記出力電圧が非線形的に降下するように設定されていることが、好適である。
・ 上記態様において、前記ドループ制御回路が、
前記共通の出力端における出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記スイッチング電源の出力する出力電流を検出する出力電流検出部と、
検出された前記出力電流に比例する出力電流検出値を所定の増幅率で増幅する出力電流増幅部と、
検出された前記出力電圧に比例する出力電圧検出値に、前記出力電流増幅部の出力電圧に比例するドループ制御値を加算した加算値が、所定の基準値と等しくなるように前記デューティ比を制御する電圧を出力する、帰還増幅を行う誤差増幅部と、を有することが、好適である。
・ 本発明の別の態様は、上記いずれかに記載のスイッチング電源システムと、
前記複数のスイッチング電源の各々に入力される直流を供給可能な複数の電力供給源とを備えた直流給電システムである。
(1)スイッチング電源システムの適用例
図2は、図1に示したスイッチング電源システムの具体的な実施例を示した回路構成図である。図2には、3つの電力供給源からそれぞれ直流を入力され、共通の出力端p、nに直流を入力する3つのスイッチング電源PS1、PS2、PS3を有するスイッチング電源システムが示されている。
先ず、スイッチング電源PS1を例として、スイッチング電源について簡単に説明する。スイッチング電源PS1は、ここでは一例として、絶縁型フォワード方式の電源として構成されている。スイッチング電源PS1の構成は、これに限られない。入力側の電力供給源の種類及び/又は構成に応じて、非絶縁型とすることもでき、フライバック方式又は他の方式のスイッチング電源とすることもできる。また、並列接続された複数のスイッチング電源PS1、PS2、PS3の各々が異なる構成を有していてもよい。
3つのスイッチング電源PS1、PS2、PS3の各々は、実質的に同じ構成のドループ制御回路を有することができる。「実質的に同じ」は、動作原理が基本的に共通することを意味する。しかしながら、例えば、ドループ特性を決定する具体的な設定値、ドループ制御回路の具体的構成及び/又は各素子の数値等は異なっていてもよい。
Vdr=(R2/R1)・VIo1+(1+R2/R1)・Vrf1
=k1・VIo1+k2 ・・・式1
式1において、k1=R2/R1、
k2=(1+R2/R1)・Vrf1)
Vdr’=(R3/(R3+R4))・Vdr
=k3・VIo1+k4 ・・・式2
式2において、k3=(R3/(R3+R4))・k1、
k4=(R3/(R3+R4))・k2
Vo’=k5・Vo ・・・式3
式3において、k5=R4/(R4+R5+Rx)
(RxはR6、R7、R8の合成抵抗)
Vrf2=Vo’+Vdr’ ・・・・式4
Vo=-k6・VIo1+k7 ・・・式5
但し、k6=k3/k5、
k7=(Vrf2-k4)/k5
k6=(R2/R1)・(R3/(R3+R4))・(1+(R5+Rx)/R4)
・・・式6
図3は、図2に示した3つのスイッチング電源からなるシステムにおける出力電流(横軸)、出力電圧(縦軸)の関係の一例を示す図である。
(ii)スイッチング電源PS1のみが出力電流Io1を出力し、他のスイッチング電源PS2、PS3の出力電流Io2、Io3は停止する。出力電流Io1は負荷の要求に応じるように増加する。
(iii)出力電流Io1が増加すると、ドループ制御回路の帰還制御により、出力電圧Voが降下する。
(iv)出力電圧Voが降下すると、出力電流Io1が減少する。同時に、他のスイッチング電源PS2、PS3の出力電流Io2、Io3が出力されるようになる。
(v)ドループ制御回路の帰還制御により、出力電圧Voが平衡状態の値に戻る。
2 出力電流増幅部
3 誤差増幅部
4 PWMIC
PS1、PS2、PS3 スイッチング電源
IN1 入力端(正)
IN2 入力端(負)
p 出力端子(正)
n 出力端子(負)
Q スイッチング電源
10 風力発電装置
20 太陽光発電装置
30 系統電源
40 整流要素
50 共通の出力端
60 負荷
Claims (5)
- 複数の電力供給源の各々からそれぞれ直流を入力されかつ共通の出力端に直流を出力するように構成された複数のスイッチング電源と、
前記複数のスイッチング電源の各々にそれぞれ設けられ、そのスイッチング電源のスイッチング素子を駆動するPWM信号のデューティ比をそれぞれ制御する、複数のドループ制御回路とを備えたスイッチング電源システムであって、
前記ドループ制御回路の各々が、
前記共通の出力端における出力電圧と前記スイッチング電源の出力する出力電流とを検出し、前記出力電流が増加すると前記出力電圧が降下するドループ特性を有するように、前記デューティ比を制御する電圧を生成することにより帰還増幅を行うと共に、
前記複数の電力供給源が1又は複数の自然エネルギー発電装置及び系統電源を含み、前記複数の電力供給源の各々の電力供給能力に対応して各スイッチング電源が出力電流を分担するように、前記複数のドループ制御回路の各々のドループ特性がそれぞれ予め設定されており、かつ、各前記ドループ制御回路は、当該ドループ制御回路が設けられている各スイッチング電源を予め設定されたドループ特性に従ってそれぞれ制御することを特徴とするスイッチング電源システム。 - 前記ドループ特性が、前記出力電流が増加すると前記出力電圧が一定の傾きで降下するように設定されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源システム。
- 前記ドループ特性が、前記出力電流が増加すると前記出力電圧が非線形的に降下するように設定されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源システム。
- 前記ドループ制御回路が、
前記共通の出力端における出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記スイッチング電源の出力する出力電流を検出する出力電流検出部と、
検出された前記出力電流に比例する出力電流検出値を所定の増幅率で増幅する出力電流増幅部と、
検出された前記出力電圧に比例する出力電圧検出値に、前記出力電流増幅部の出力電圧に比例するドループ制御値を加算した加算値が、所定の基準値と等しくなるように前記デューティ比を制御する電圧を出力する、帰還増幅を行う誤差増幅部と、を有することを特徴とする
請求項1~3のいずれかに記載のスイッチング電源システム。 - 請求項1~4のいずれかに記載のスイッチング電源システムと、
前記複数のスイッチング電源の各々に入力される直流を供給可能な複数の電力供給源とを備えた直流給電システム。
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