JP7370482B2 - 電源システム及び電源ユニット - Google Patents
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Description
本発明は、電源システム及び電源ユニットに係り、さらに詳しくは、任意に接続された２以上の電源ユニットにより構成され、各電源ユニットが協働して共有の負荷に対し直流電源を供給する電源システムに関する。
２以上の電源ユニットにより構成され、共通の負荷に対し各電源ユニットから直流電源を供給する電源システムが知られている（例えば、特許文献１及び２）。この種の電源システムでは、２以上の電源ユニットを接続することにより、様々な特性の電源装置を実現することができる。例えば、電気自動車、パワーコンディショナーなどの動作テストにおいて、バッテリー、ソーラーパネルなどをシミュレートする模擬電源として、このような電源システムが使用されている。
２以上の電源ユニットを接続した電源システムでは、電源ユニット間における負荷バランスが崩れる場合があることが知られている。このため、この種の電源システムでは、電源ユニット間のバランス調整を行うことが必要になる。
特許文献１の電源システムは、３個の電源ユニットを並列接続して構成される定電圧源である。各電源ユニットでは、出力電圧のフィードバック制御が行われている。また、全ての電源ユニットの平均出力電流を用いて、各電源ユニットにおける電圧制御を補正することにより、バランス調整を行っている。
特許文献２の電源システムは、３個の電源ユニットを直列接続して構成される定電流源であり、１個の電源ユニットがマスター、他の電源ユニットがスレーブとして動作する。マスターの電源ユニットでは、出力電流のフィードバック制御が行われる一方、スレーブの電源ユニットでは、マスターの出力電圧に基づくフィードフォワード制御が行われる。
従来の電源システムは、２以上の電源ユニットを接続して構成することができる。しかし、電源ユニットの接続形態や、電源システムの動作モードに応じて、電源ユニット間の信号配線を異ならせる必要があり、また、各電源ユニットの制御方法も異ならせる必要がある。このため、従来の電源システムは、２以上の電源ユニットを任意に接続し、任意の動作モードで使用することが容易ではないという問題があった。例えば、電源ユニット間のバランス調整について十分な知識を有するユーザが、必要に応じて電源ユニット間に必要な信号配線を行うとともに、電源ユニットごとの制御処理を決定しなければならないという問題があった。
また、２以上の電源ユニット間で出力開始タイミングのずれが生じた場合、出力開始時の動作が不安定化するという問題があった。特に、電源ユニット間において出力開始指令をデジタル通信で伝達した場合、無視できない出力開始タイミングのずれが生じうるという問題があった。
さらに、電源システムの出力動作中に、２以上の電源ユニットのいずれかに不具合が発生した場合、電源ユニット間のバランスが崩れ、残っている電源ユニットに過大な負荷がかかり、破損するおそれがあるという問題があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、２以上の電源ユニットを任意に接続し、任意の動作モードで使用することができる電源システムを提供することを目的とする。また、ユーザ自身が容易に構築することができる電源システムを提供することを目的とする。また、このような電源システムに用いられる電源ユニットを提供することを目的とする。
本発明の第１の実施態様による電源システムは、任意に接続可能な２以上の電源ユニットにより構成され、２以上の電源ユニットにより構成され、前記電源ユニットが協働して共有の負荷に対し直流電源を供給する電源システムである。上記電源ユニットは、外部から入力される交流電源を直流電源に変換する電源主回路と、出力電流を検出する電流検出部と、出力電圧を検出する電圧検出部と、定電流動作又は定電圧動作を選択的に示す動作モード情報、及び、目標電流又は目標電圧のうち前記動作モード情報に対応する一方を目標値として書き換え可能に保持するパラメータ記憶部と、前記出力電流又は前記出力電圧のうち前記動作モード情報に対応する一方が前記目標値と一致するように前記電源主回路を制御する制御部と、前記出力電流又は前記出力電圧の他方をバランス情報として送信するバランス情報送信部と、他の前記電源ユニットから前記出力電流又は前記出力電圧の他方をバランス情報として受信するバランス情報受信部とを備え、前記制御部が、自ユニットおよび前記他の電源ユニットのバランス情報に基づいて、前記電源主回路を制御し、前記他の電源ユニットとのバランス調整を行うように構成される。
上記構成を採用することにより、２以上の電源ユニットを直列、並列又直並列の任意に接続することができ、動作モードとして定電流動作又は定電圧動作を任意に指定することにより、所望の電源システムを容易に実現することができる。
本発明の第２の実施態様による電源システムは、上記構成に加えて、前記パラメータ記憶部が、バランス調整の参照先となる前記他の電源ユニットを識別するためのバランス調整先情報を書き換え可能に保持し、前記バランス情報送信部が、自ユニットのバランス情報をバス通信方式のユニット間通信線へ送信し、前記バランス情報受信部が、前記バランス調整先情報に基づいて、前記ユニット間通信線から前記バランス情報を選択的に受信するように構成される。
上記構成を採用することにより、２以上の電源ユニットをユニット間通信線で接続することにより、バランス調整を行うことができ、バランス調整のための特別な配線を行う必要がない。このため、電源システムを容易に構築することができる。また、ユニット構成を容易に変更し、あるいは、動作モードを容易に変更することができる。
本発明の第３の実施態様による電源システムは、上記構成に加えて、定電流動作時には、自ユニットに対して直列に接続される他の電源ユニットを前記バランス調整の参照先とする一方、定電圧動作時には、自ユニットに対して並列接続される他の電源ユニットを前記バランス調整の参照先とするように構成される。
上記構成を採用することにより、ユニット構成及び動作モードに応じて、バランス調整の参照先が決定することができる。
本発明の第４の実施態様による電源システムは、上記構成に加えて、前記バランス調整先情報が、ユーザ操作に基づいて制御端末により生成され、前記電源ユニットへ送信されるように構成される。
上記構成を採用することにより、バランス調整について十分な知識を有しないユーザであっても、ユニット構成及び動作モードを任意に指定し、所望の電源システムを容易に実現することができる。
本発明の第５の実施態様による電源ユニットは、他の電源ユニットと直列又は並列に接続され、前記他の電源ユニットと協働して共有の負荷に対し直流電源を供給する電源ユニットにおいて、外部から入力される交流電源を直流電源に変換する電源主回路と、出力電流を検出する電流検出部と、出力電圧を検出する電圧検出部と、定電流動作又は定電圧動作を選択的に示す動作モード情報、及び、目標電流又は目標電圧のうち前記動作モード情報に対応する一方を目標値として書き換え可能に保持するパラメータ記憶部と、前記出力電流又は前記出力電圧のうち前記動作モード情報に対応する一方が前記目標値と一致するように前記電源主回路を制御する制御部と、前記出力電流又は前記出力電圧の他方をバランス情報として送信するバランス情報送信部と、他の前記電源ユニットから前記出力電流又は前記出力電圧の他方をバランス情報として受信するバランス情報受信部とを備え、前記制御部は、自ユニットおよび前記他の電源ユニットのバランス情報に基づいて、前記電源主回路を制御し、前記他の電源ユニットとのバランス調整を行うように構成される。
本発明によれば、２以上の電源ユニットを任意に接続し、任意の動作モードで使用することができる電源システムを提供することができる。また、ユーザ自身が容易に構築することができる電源システムを提供することができる。また、このような電源システムに用いられる電源ユニットを提供することができる。
実施の形態１．
（１）電源システム１００の概要
図１は、本発明の実施の形態１による電源システム１００の概略構成の一例を示した図である。電源システム１００は、電力系統から供給される交流電源２１を所望の直流電源に変換し、負荷２２に供給する電源装置である。
（１）電源システム１００の概要
図１は、本発明の実施の形態１による電源システム１００の概略構成の一例を示した図である。電源システム１００は、電力系統から供給される交流電源２１を所望の直流電源に変換し、負荷２２に供給する電源装置である。
電源システム１００は、出力線ＰｏＬを介して負荷２２に接続された２以上の電源ユニット１０～１３により構成される。各電源ユニット１０～１３は、制御端末２０からの制御パラメータＰｒに基づいて、外部から供給される交流電力を直流電力に変換し、負荷２２に直流電源を供給する。また、制御端末２０からの制御パラメータＰｒに基づいて、電源ユニット１０～１３間においてバランス調整を行う。
各電源ユニット１０～１３は、同一の構成を有する装置であり、ユニークな識別番号０～３が予め対応づけられている。識別番号は、電源ユニット１０～１３が互いを識別するためのユニット識別情報ＵＩＤである。電源ユニット１０～１３は、ユニット間通信線ＵＣＬにそれぞれ接続され、ユニット識別情報ＵＩＤを用いて、任意の電源ユニット１０～１３間で通信することができる。また、電源ユニット１０～１３は、一対の絶縁通信線ＺＣＬに接続され、出力開始タイミングを同期させることができる。
電源ユニット１０～１３のうち、予め定められた１つがマスターユニットＭＵ、その他がスレーブユニットＳＵであり、マスターユニットＭＵのみが制御端末２０に接続される。例えば、一番若い識別番号０が対応づけられた電源ユニット１０がマスターユニットＭＵであり、端末通信線ＴＣＬを介して、制御端末２０から制御パラメータＰｒを受信する。一方、それ以外の電源ユニット１１～１３がスレーブユニットＳＵであり、ユニット間通信線ＵＣＬを介して、マスターユニットＭＵから制御パラメータＰｒを受信する。なお、マスターユニットＭＵ及びスレーブユニットＳＵは、出力開始前のデータ通信における各電源ユニット１０～１３の機能を示すものであり、出力開始後の各電源ユニット１０～１３は、マスターユニットＭＵ及びスレーブユニットＳＵの区別なく動作する。
制御端末２０は、電源システム１００を制御する装置であり、電源ユニット１０～１３の制御パラメータＰｒを生成し、マスターユニットＭＵへ送信する。制御パラメータＰｒは、例えば、ユーザ操作に基づいて生成及び出力される。例えば、専用プログラムをインストールしたＰＣを制御端末２０として用いることができる。
端末通信線ＴＣＬは、制御端末２０及びマスターユニットＭＵ間のデータ通信に使用される有線又は無線の通信路である。制御端末２０との通信には、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)パケットを送受信するパケット通信
方式を採用することができ、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネットを介して接続することもできる。
方式を採用することができ、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネットを介して接続することもできる。
ユニット間通信線ＵＣＬは、電源ユニット１０～１３間のデータ通信に使用される有線の通信路である。ユニット間通信には、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）規
格のようなマルチマスターバス通信方式が採用され、任意の電源ユニット１０～１３から任意の電源ユニット１０～１３へデータを送信することができる。
格のようなマルチマスターバス通信方式が採用され、任意の電源ユニット１０～１３から任意の電源ユニット１０～１３へデータを送信することができる。
絶縁通信線ＺＣＬは、出力開始を示すトリガー信号を伝達する有線の通信路であり、フォトカプラを介在させ、電源ユニット１０～１３から絶縁された一対の信号線により構成される。一対の絶縁通信線ＺＣＬは、導通状態又は非導通状態を遷移可能であり、トリガー信号は、一対の絶縁通信線ＺＣＬ間を一定の時間幅で導通させるパルス信号であり、マスターユニットＭＵ（電源ユニット１０）から全てのスレーブユニットＳＵ（電源ユニット１１～１３）へ伝達される。
（２）電源ユニット１０～１３
図２は、電源ユニット１０～１３の詳細構成の一例を示した図である。電源ユニット１０～１３は、電源主回路３０、電圧検出部３０１、電流検出部３０２、端末通信部３１、ユニット間通信部３２、ＰＷＭ駆動部３３、パラメータ記憶部３４、同期処理部３５及び制御部３６を備える。
図２は、電源ユニット１０～１３の詳細構成の一例を示した図である。電源ユニット１０～１３は、電源主回路３０、電圧検出部３０１、電流検出部３０２、端末通信部３１、ユニット間通信部３２、ＰＷＭ駆動部３３、パラメータ記憶部３４、同期処理部３５及び制御部３６を備える。
Ａ）電源主回路３０
電源主回路３０は、入力端子Ｐｉを介して電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換し、出力端子Ｐｏを介して負荷２２へ出力する回路である。電源主回路３０の動作は、制御パラメータＰｒに基づいて制御される。具体的には、動作モードが定電流動作（ＣＣ：Constant Current）であれば、出力電流が目標値Ｃｒに一致するように動作し、定電圧動作（ＣＶ：Constant Voltage）であれば、出力電圧Ｖｏが目標値Ｃｒに一致するように制御される。目標値Ｃｒは、定電流動作における目標電流Ｉｒｅｆ又は定電圧動作における目標電圧Ｖｒｅｆである。
電源主回路３０は、入力端子Ｐｉを介して電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換し、出力端子Ｐｏを介して負荷２２へ出力する回路である。電源主回路３０の動作は、制御パラメータＰｒに基づいて制御される。具体的には、動作モードが定電流動作（ＣＣ：Constant Current）であれば、出力電流が目標値Ｃｒに一致するように動作し、定電圧動作（ＣＶ：Constant Voltage）であれば、出力電圧Ｖｏが目標値Ｃｒに一致するように制御される。目標値Ｃｒは、定電流動作における目標電流Ｉｒｅｆ又は定電圧動作における目標電圧Ｖｒｅｆである。
電源主回路３０は、交流電力及び直流電力を双方向に変換することができる双方向電源（回生電源）であり、交流電圧を直流電圧に変換して負荷２２にエネルギーを供給する力行動作を行うだけでなく、負荷２２の状況に応じて、直流電圧を交流電圧に変換して負荷２２からエネルギーを吸収する回生動作も行うこともできる。
電源主回路３０は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４０と、入出力間を絶縁する絶縁トランス４１と、出力電圧Ｖｏを制御する昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４２とにより構成される。
ＡＣ／ＤＣコンバータ４０は、交流電力及び直流電力を双方向に変換することができる双方向変換器であり、例えば、スリーステートのスイッチング素子を用いて構成することができる。
絶縁トランス４１は、１次側と２次側の間において絶縁を確保しつつ直流電力を双方向に伝達することができる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、トランス４１２と、トランス４１２の１次側に接続されたＤＣ／ＡＣコンバータ４１１と、トランス４１２の２次側に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ４１３とにより構成される。ＡＣ／ＤＣコンバータ４０から入力される直流は、ＤＣ／ＡＣコンバータ４１１で交流に変換され、トランス４１２を通過した後、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１３で再び直流に変換される。トランス４１２を通過する交流を高周波にすることにより、小型のトランスを用いて絶縁することができ、装置全体を小型化することができる。
昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、制御パラメータＰｒに基づいて、出力電圧Ｖｏを制御する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、例えば、スイッチング回路４２１及びインダクタンス４２２で構成されるチョッパー回路を用いることができる。スイッチング回路４２１は、直列接続された２つのスイッチング素子で構成され、インダクタンス４２２の一端は、当該２つのスイッチング素子の接続点に接続される。２つのスイッチング素子は、ＰＷＭ駆動部３３からのＰＷＭ信号に基づいて、一方がオンで他方がオフとなる状態と、一方がオフで他方がオンとなる状態を交互に繰り返すように動作し、そのデューティー比に応じた出力電圧Ｖｏを生成する。
Ｂ）電圧検出部３０１、電流検出部３０２
電圧検出部３０１は、電源主回路３０の出力電圧Ｖｏを検出する手段である。電圧検出部３０１の検出値は、検出電圧Ｖｄｅｔとして制御部３６に入力される。電流検出部３０２は、電源主回路３０の出力電流Ｉｏを検出する手段である。電流検出部３０２の検出値は、検出電流Ｉｄｅｔとして制御部３６に入力される。
電圧検出部３０１は、電源主回路３０の出力電圧Ｖｏを検出する手段である。電圧検出部３０１の検出値は、検出電圧Ｖｄｅｔとして制御部３６に入力される。電流検出部３０２は、電源主回路３０の出力電流Ｉｏを検出する手段である。電流検出部３０２の検出値は、検出電流Ｉｄｅｔとして制御部３６に入力される。
Ｃ）端末通信部３１
端末通信部３１は、端末通信線ＴＣＬを介して、制御端末２０と通信するパケット通信手段である。マスターユニットＭＵの端末通信部３１は、制御パラメータＰｒを制御端末２０から受信し、制御部３６へ出力する。スレーブユニットＳＵの端末通信部３１は使用されず、マスターユニットＭＵの端末通信部３１は、マスターユニットＭＵの制御パラメータＰｒだけでなく、スレーブユニットＳＵの制御パラメータＰｒも取得する。
端末通信部３１は、端末通信線ＴＣＬを介して、制御端末２０と通信するパケット通信手段である。マスターユニットＭＵの端末通信部３１は、制御パラメータＰｒを制御端末２０から受信し、制御部３６へ出力する。スレーブユニットＳＵの端末通信部３１は使用されず、マスターユニットＭＵの端末通信部３１は、マスターユニットＭＵの制御パラメータＰｒだけでなく、スレーブユニットＳＵの制御パラメータＰｒも取得する。
Ｄ）ユニット間通信部３２
ユニット間通信部３２は、ユニット間通信線ＵＣＬを介して、電源ユニット１０～１３間でデータ通信を行うための手段である。ユニット間通信では、任意の電源ユニット１０～１３が、ユニット間通信線ＵＣＬ上に送信データを出力することができる。送信データには、送信元又は送信先のユニット識別情報ＵＩＤが含まれ、各電源ユニット１０～１３は、ユニット間通信線ＵＣＬ上の送信データを監視し、送信元又は送信先のユニット識別情報ＵＩＤに基づいて自ユニットに必要なデータを選択的に受信する。
ユニット間通信部３２は、ユニット間通信線ＵＣＬを介して、電源ユニット１０～１３間でデータ通信を行うための手段である。ユニット間通信では、任意の電源ユニット１０～１３が、ユニット間通信線ＵＣＬ上に送信データを出力することができる。送信データには、送信元又は送信先のユニット識別情報ＵＩＤが含まれ、各電源ユニット１０～１３は、ユニット間通信線ＵＣＬ上の送信データを監視し、送信元又は送信先のユニット識別情報ＵＩＤに基づいて自ユニットに必要なデータを選択的に受信する。
スレーブユニットＳＵの制御パラメータＰｒは、ユニット間通信により、マスターユニットＭＵからスレーブユニットＳＵへ送信される。また、各電源ユニット１０～１３で検出された検出電流Ｉｄｅｔ及び検出電圧Ｖｄｅｔは、バランス情報Ｂｉとして、ユニット間通信により、他の電源ユニット１０～１３へ送信される。
Ｅ）ＰＷＭ駆動部３３
ＰＷＭ駆動部３３は、制御部３６が生成する駆動信号Ｄｒに基づいて、ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号を生成し、スイッチング回路４２１へ出力する。このため、電源
主回路３０は、駆動信号Ｄｒに応じた電圧を出力する。
ＰＷＭ駆動部３３は、制御部３６が生成する駆動信号Ｄｒに基づいて、ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号を生成し、スイッチング回路４２１へ出力する。このため、電源
主回路３０は、駆動信号Ｄｒに応じた電圧を出力する。
Ｆ）パラメータ記憶部３４
パラメータ記憶部３４は、制御部３６が参照する各種パラメータを記憶する記憶手段であり、制御端末２０から受信した制御パラメータＰｒを保持する。制御パラメータＰｒには、動作モード情報Ｃｍ、目標値Ｃｒ及びバランス調整先情報Ｃｂが含まれる。
パラメータ記憶部３４は、制御部３６が参照する各種パラメータを記憶する記憶手段であり、制御端末２０から受信した制御パラメータＰｒを保持する。制御パラメータＰｒには、動作モード情報Ｃｍ、目標値Ｃｒ及びバランス調整先情報Ｃｂが含まれる。
動作モード情報Ｃｍは、電源システム１００の制御方法として、定電流動作（ＣＣ）又は定電圧動作（ＣＶ）を示すパラメータであり、各電源ユニット１０～１３に共通のパラメータである。目標値Ｃｒは、定電流動作（ＣＣ）時における目標電流Ｉｒｅｆ及び定電圧動作（ＣＶ）時における目標電圧Ｖｒｅｆである。バランス調整先情報Ｃｂは、バランス調整を行う際に参照する１又は２以上の他の電源ユニット１０～１３の識別番号である。バランス調整先情報Ｃｂは、制御端末２０において、ユーザがユニット構成及び動作モードを指定することにより、自動的に生成される。このため、ユーザは、バランス調整を意識することなく、電源システム１００を構築することができる。
Ｇ）同期処理部３５
同期処理部３５は、電源ユニット１０～１３の動作タイミングを同期させるための手段であり、絶縁通信端子Ｚ１，Ｚ２を介して、電源出力の開始タイミングを一致させるためのトリガー信号ＴＧを送受信する。
同期処理部３５は、電源ユニット１０～１３の動作タイミングを同期させるための手段であり、絶縁通信端子Ｚ１，Ｚ２を介して、電源出力の開始タイミングを一致させるためのトリガー信号ＴＧを送受信する。
同期処理部３５は、絶縁通信線ＺＣＬに対しトリガー信号ＴＧを出力することができ、絶縁通信線ＺＣＬ上のトリガー信号を検知することができる。トリガー信号ＴＧは、一対の絶縁通信線ＺＣＬの導通状態に対応するパルス信号として出力される。このため、全ての電源ユニット１０～１３においてトリガー信号ＴＧを迅速に検出することができるとともに、高いノイズ耐性を有し、誤動作を抑制することができる。
マスターユニットＭＵの同期処理部３５は、制御部３６からトリガー送信信号ｓＴＧが入力されると、一対の絶縁通信線ＺＣＬにトリガー信号ＴＧを出力する。一方、マスターユニットＭＵ及びスレーブユニットＳＵの各同期処理部３５は、絶縁通信線ＺＣＬを監視し、トリガー信号ＴＧを検出すれば、トリガー検出信号ｒＴＧを制御部３６へ出力する。
Ｈ）制御部３６
制御部３６は、検出電圧Ｖｄｅｔ又は検出電流Ｉｄｅｔに基づいて、駆動信号Ｄｒを生成し、ＰＷＭ駆動部３３を介して、電源主回路３０を制御する。また、端末通信部３１及びユニット間通信部３２を制御し、制御端末２０及び他の電源ユニット１０～１３とのデータ通信を行う。さらに、同期処理部３５を制御し、電源ユニット１０～１３間における出力開始タイミングの同期制御を行う。
制御部３６は、検出電圧Ｖｄｅｔ又は検出電流Ｉｄｅｔに基づいて、駆動信号Ｄｒを生成し、ＰＷＭ駆動部３３を介して、電源主回路３０を制御する。また、端末通信部３１及びユニット間通信部３２を制御し、制御端末２０及び他の電源ユニット１０～１３とのデータ通信を行う。さらに、同期処理部３５を制御し、電源ユニット１０～１３間における出力開始タイミングの同期制御を行う。
（３）バランス調整
図３は、バランス調整の要否を示す図表である。２以上の電源ユニット１０～１３で構成される電源システム１００は、ユニット構成及び動作モードの組み合わせにより、電源ユニット１０～１３間のバランス調整の要否が決まる。ユニット構成とは、電源システム１００内における電源ユニット１０～１３の接続形態を意味する。
図３は、バランス調整の要否を示す図表である。２以上の電源ユニット１０～１３で構成される電源システム１００は、ユニット構成及び動作モードの組み合わせにより、電源ユニット１０～１３間のバランス調整の要否が決まる。ユニット構成とは、電源システム１００内における電源ユニット１０～１３の接続形態を意味する。
動作モードが定電流動作（ＣＣ）の場合、各電源ユニット１０～１３の制御対象はそれぞれの出力電流Ｉｏであり、動作モードが定電圧動作（ＣＶ）の場合、各電源ユニット１０～１３の制御対象はそれぞれの出力電圧Ｖｏである。また、２以上の電源ユニット１０～１３を直列接続した場合、各電源ユニット１０～１３の出力電流Ｉｏは同じ値になり、２以上の電源ユニット１０～１３を並列接続した場合、各電源ユニット１０～１３の出力電圧Ｖｏは同じ値になる。このため、出力電流Ｉｏ又は出力電圧Ｖｏが、各電源ユニット１０～１３の制御対象となり、かつ、電源ユニット１０～１３間で同じ値になるようなユニット構成と動作モードの組み合わせを採用した場合、バランス調整が必要になる。
２以上の電源ユニット１０～１３が並列接続され、定電流動作（ＣＣ）を行う電源システム１００の場合（並列ＣＣセットアップ）、各電源ユニット１０～１３における制御対象は出力電流Ｉｏであるが、任意の電源ユニット１０～１３における出力電流Ｉｏの制御誤差が他の電源ユニット１０～１３における出力電流Ｉｏの制御に影響を与えることはない。このため、電源ユニット１０～１３間におけるバランス調整は不要である。
２以上の電源ユニット１０～１３が直列接続され、定電流動作（ＣＣ）を行う電源システム１００の場合（直列ＣＣセットアップ）、各電源ユニット１０～１３における制御対象は出力電流Ｉｏであり、任意の電源ユニット１０～１３における出力電流Ｉｏの誤差が他の電源ユニット１０～１３における出力電流Ｉｏに影響を与える。このため、電源ユニット１０～１３間におけるバランス調整が必要になる。
２以上の電源ユニット１０～１３が並列接続され、定電圧動作（ＣＶ）を行う電源システム１００の場合（並列ＣＶセットアップ）、各電源ユニット１０～１３における制御対象は出力電圧Ｖｏであり、任意の電源ユニット１０～１３における出力電圧Ｖｏの誤差が他の電源ユニット１０～１３における出力電圧Ｖｏに影響を与える。このため、電源ユニット１０～１３間におけるバランス調整が必要になる。
２以上の電源ユニット１０～１３が直列接続され、定電圧動作（ＣＶ）を行う電源システム１００の場合（直列ＣＶセットアップ）、各電源ユニット１０～１３における制御対象は出力電圧Ｖｏであり、任意の電源ユニット１０～１３における出力電圧Ｖｏの誤差が他の電源ユニット１０～１３における出力電圧Ｖｏに影響を与えない。このため、電源ユニット１０～１３間におけるバランス調整は不要である。
（４）基本的なユニット構成についての動作説明
図４～図７は、電源システム１００の基本的なユニット構成と、その制御方法の一例を示した図である。以下では、これらの図を用いて、バランス調整を含む具体的な制御方法について説明する。
図４～図７は、電源システム１００の基本的なユニット構成と、その制御方法の一例を示した図である。以下では、これらの図を用いて、バランス調整を含む具体的な制御方法について説明する。
Ａ）並列ＣＣセットアップ
図４は、２以上の電源ユニット１０，１１を並列接続し、定電流源として使用する並列ＣＣセットアップについての説明図である。図中の（ａ）には、電源システム１００のユニット構成が示され、（ｂ）には、各電源ユニット１０，１１内における電源主回路３０の制御処理が示されている。
図４は、２以上の電源ユニット１０，１１を並列接続し、定電流源として使用する並列ＣＣセットアップについての説明図である。図中の（ａ）には、電源システム１００のユニット構成が示され、（ｂ）には、各電源ユニット１０，１１内における電源主回路３０の制御処理が示されている。
図４（ａ）に示した通り、電源ユニット１０，１１は、並列に接続され、共通の負荷２２に接続されている。各電源ユニット１０，１１は、いずれも動作モード情報Ｃｍとして定電流動作（ＣＣ）が予め指定され、目標値Ｃｒとして目標電流Ｉｒｅｆが予め与えられる。並列接続された各電源ユニット１０，１１が電流Ｉｒｅｆをそれぞれ出力することにより、負荷２２に電流Ｉｒｅｆ×２を供給することができる。なお、バランス調整は不要であるため、バランス調整先情報Ｃｂは指定されない。なお、各電源ユニット１０，１１の目標電流Ｉｒｅｆは、異なる値を指定することもできる。
図４（ｂ）に示した通り、制御部３６は、検出電流Ｉｄｅｔに基づくＰＩ制御を行って、出力電流Ｉｏを目標電流Ｉｒｅｆに一致させる駆動信号Ｄｒを生成する。具体的には、目標電流Ｉｒｅｆと検出電流Ｉｄｅｔの差分Ｉｄｉｆを求め、ＰＩ処理６１を行うことにより駆動信号Ｄｒを生成し、ＰＷＭ駆動部３３へ出力する。ＰＩ処理６１は、差分Ｉｄｉｆに所定の係数をかけた比例項と、差分Ｉｄｉｆの積分値に所定の係数をかけた積分項の和を求める演算であり、これらの係数を選択することにより、所望の応答性及び安定性を有するフィードバック制御を行うことができる。
電源ユニット１０，１１を並列接続し、それぞれが定電流動作（ＣＣ）を行っている場合、一方の電源ユニット１０（１１）における制御誤差が、他方の電源ユニット１１（１０）の動作に影響を与えることはない。このため、電源ユニット１０，１１間のバランス調整は不要である。例えば、電源ユニット１０において電流検出部３０２が僅かな誤差を含む検出電流Ｉｄｅｔを生成する場合、電源ユニット１０の出力電流Ｉｏにも僅かな誤差が生じる。しかし、この誤差が電源ユニット１１の動作に影響を与えることはなく、電源ユニット１０，１１間のバランスが大きく崩れることはない。従って、このような電源システム１００の場合には、バランス調整を行う必要はない。
Ｂ）直列ＣＣセットアップ
図５は、２以上の電源ユニット１０，１１を直列接続し、定電流源として使用する直列ＣＣセットアップについての説明図である。図中の（ａ）には、電源システム１００のユニット構成が示され、（ｂ）には、各電源ユニット１０，１１内における電源主回路３０の制御処理が示されている。
図５は、２以上の電源ユニット１０，１１を直列接続し、定電流源として使用する直列ＣＣセットアップについての説明図である。図中の（ａ）には、電源システム１００のユニット構成が示され、（ｂ）には、各電源ユニット１０，１１内における電源主回路３０の制御処理が示されている。
図５（ａ）に示した通り、電源ユニット１０，１１は、直列に接続され、共通の負荷２２に接続されている。各電源ユニット１０，１１は、動作モード情報Ｃｍとして定電流動作（ＣＣ）が予め指定され、目標値Ｃｒとして同一の目標電流Ｉｒｅｆが予め与えられる。直列接続された各電源ユニット１０，１１が電流Ｉｒｅｆをそれぞれ出力することにより、負荷２２に電流Ｉｒｅｆを供給することができる。この電源システム１００では、電源ユニット１０，１１間のバランス調整が必要であるため、バランス調整先情報Ｃｂとして、他の電源ユニットが指定される。
直列接続した電源ユニット１０，１１の出力電流Ｉｏは常に一致する。このため、各電源ユニット１０，１１が、バランス調整を行うことなく、それぞれ独立して定電流動作（ＣＣ）を行った場合、一方の電源ユニット１０（１１）における僅かな制御誤差が、他方の電源ユニット１１（１０）の動作に影響を与え、電源ユニット１０，１１間のバランスが大きく崩れる原因になる。
例えば、電源ユニット１０の電流検出部３０２が、実際の出力電流Ｉｏよりも僅かに小さな値を検出電流Ｉｄｅｔとして生成する場合、電源ユニット１０では、出力電流Ｉｏを目標電流Ｉｒｅｆよりも僅かに大きな値にする制御が行われる。このとき、電源ユニット１１の出力電流Ｉｏも同じ値になるため、電源ユニット１１では、出力電流Ｉｏを減少させる制御が行われる。このような制御が繰り返されることにより、電源ユニット１０の出力電圧Ｖｏが過大になり、電源ユニットの１１の出力電圧Ｖｏが過小になって、電源ユニット１０，１１間のバランスが大きく崩れることになる。しかも、電流検出部３０２の校正を入念に行ったとしても、電源ユニット１０間におけるばらつきを完全に排除することはできないことから、電源ユニット１０，１１間のバランス調整が必要になる。
図５（ｂ）に示した通り、制御部３６は、検出電流Ｉｄｅｔに基づくＰＩ制御と、検出電圧Ｖｄｅｔに基づくバランス調整とを行って、駆動信号Ｄｒを生成する。図４（ｂ）の制御処理と比較すれば、バランス調整処理６２を有する点で異なる。バランス調整処理６２は、バランス調整先の検出電圧Ｖｄｅｔ'と、自ユニットの検出電圧Ｖｄｅｔとの差に
基づいて調整量Ａｊを求め、調整量Ａｊに基づいて駆動信号Ｄｒを補正する処理である。
基づいて調整量Ａｊを求め、調整量Ａｊに基づいて駆動信号Ｄｒを補正する処理である。
直列接続されている他の電源ユニット１０，１１をバランス調整先とし、２以上のバランス調整先がある場合、それぞれの検出電圧Ｖｄｅｔ'の平均を求める平均演算６２１を
行い、この平均値と、自ユニットの検出電圧Ｖｄｅｔとの差分Ｖｄｉｆを求め、ＰＩ処理６２２を行うことにより、調整量Ａｊを求める。この調整量Ａｊを図４（ｂ）の駆動信号Ｄｒに加えることにより、バランス調整後の駆動信号Ｄｒが生成される。つまり、バランス調整先と自ユニットとの間の検出電圧の差分Ｖｄｉｆが減少するように駆動信号Ｄｒを補正することにより、バランスが大きく崩れるのを防止する。
行い、この平均値と、自ユニットの検出電圧Ｖｄｅｔとの差分Ｖｄｉｆを求め、ＰＩ処理６２２を行うことにより、調整量Ａｊを求める。この調整量Ａｊを図４（ｂ）の駆動信号Ｄｒに加えることにより、バランス調整後の駆動信号Ｄｒが生成される。つまり、バランス調整先と自ユニットとの間の検出電圧の差分Ｖｄｉｆが減少するように駆動信号Ｄｒを補正することにより、バランスが大きく崩れるのを防止する。
バランス調整先の検出電圧Ｖｄｅｔ'は、ユニット間通信部３２がバランス情報Ｂｉと
して受信する。３以上の電源ユニットが直列接続されている場合、自ユニットを除く２以上の電源ユニットがバランス調整先情報Ｃｂとして予め指定され、２以上の検出電圧Ｖｄｅｔ'を受信し、その平均演算６２１が行われる。ただし、図５の電源システム１００は
、２つの電源ユニット１０，１１のみで構成されるため、平均演算６２１は省略される。なお、平均演算６２１の対象に自ユニットの検出電圧Ｖｄｅｔも含めることもできる。この場合には、２つの電源ユニット１０，１１のみで構成される場合でも、平均演算６２１が行われる。
して受信する。３以上の電源ユニットが直列接続されている場合、自ユニットを除く２以上の電源ユニットがバランス調整先情報Ｃｂとして予め指定され、２以上の検出電圧Ｖｄｅｔ'を受信し、その平均演算６２１が行われる。ただし、図５の電源システム１００は
、２つの電源ユニット１０，１１のみで構成されるため、平均演算６２１は省略される。なお、平均演算６２１の対象に自ユニットの検出電圧Ｖｄｅｔも含めることもできる。この場合には、２つの電源ユニット１０，１１のみで構成される場合でも、平均演算６２１が行われる。
Ｃ）直列ＣＶセットアップ
図６は、２以上の電源ユニット１０，１１を直列接続し、定電圧源として使用する直列ＣＶセットアップについての説明図である。図中の（ａ）には、電源システム１００のユニット構成が示され、（ｂ）には、各電源ユニット１０，１１内における電源主回路３０の制御処理が示されている。
図６は、２以上の電源ユニット１０，１１を直列接続し、定電圧源として使用する直列ＣＶセットアップについての説明図である。図中の（ａ）には、電源システム１００のユニット構成が示され、（ｂ）には、各電源ユニット１０，１１内における電源主回路３０の制御処理が示されている。
図６（ａ）に示した通り、電源ユニット１０，１１は、直列に接続され、共通の負荷２２に接続されている。各電源ユニット１０，１１は、いずれも動作モード情報Ｃｍとして定電圧動作（ＣＶ）が予め指定され、目標値Ｃｒとして目標電圧Ｖｒｅｆが予め与えられる。直列接続された各電源ユニット１０，１１が電圧Ｖｒｅｆをそれぞれ出力することにより、負荷２２に電圧Ｖｒｅｆ×２を供給することができる。なお、バランス調整は不要であるため、バランス調整先情報Ｃｂは指定されない。なお、各電源ユニット１０，１１の目標電圧Ｖｒｅｆは、異なる値を指定することもできる。
図６（ｂ）に示した通り、制御部３６は、検出電圧Ｖｄｅｔに基づくＰＩ制御により目標電流Ｉｒｅｆを求め、さらに検出電流Ｉｄｅｔに基づくＰＩ制御を行うことにより、出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｒｅｆに一致させる駆動信号Ｄｒを生成する。具体的には、目標電圧Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｄｅｔの差分Ｖｄｉｆを求め、ＰＩ処理６３を行うことにより目標電流Ｉｒｅｆを求める。次に、目標電流Ｉｒｅｆと検出電流Ｉｄｅｔの差分Ｉｄｉｆを求め、ＰＩ処理６１を行うことにより駆動信号Ｄｒを生成し、ＰＷＭ駆動部３３へ出力する。
電源ユニット１０，１１を直列接続し、それぞれが定電圧動作（ＣＶ）を行っている場合、一方の電源ユニット１０（１１）における制御誤差が、他方の電源ユニット１１（１０）の動作に影響を与えることはない。このため、電源ユニット１０，１１間のバランス調整は不要である。例えば、電源ユニット１０において電圧検出部３０１が僅かな誤差を含む検出電圧Ｖｄｅｔを生成する場合、電源ユニット１０の出力電圧Ｖｏにも僅かな誤差が生じる。しかし、この誤差が電源ユニット１１の動作に影響を与えることはなく、電源ユニット１０，１１間のバランスが大きく崩れることはない。従って、このような電源システム１００の場合には、バランス調整を行う必要はない。
Ｄ）並列ＣＶセットアップ
図７は、２以上の電源ユニット１０，１１を並列接続し、定電圧源として使用する並列ＣＶセットアップについての説明図である。図中の（ａ）には、電源システム１００のユニット構成が示され、（ｂ）には、各電源ユニット１０，１１内における電源主回路３０の制御処理が示されている。
図７は、２以上の電源ユニット１０，１１を並列接続し、定電圧源として使用する並列ＣＶセットアップについての説明図である。図中の（ａ）には、電源システム１００のユニット構成が示され、（ｂ）には、各電源ユニット１０，１１内における電源主回路３０の制御処理が示されている。
図７（ａ）に示した通り、電源ユニット１０，１１は、並列に接続され、共通の負荷２２に接続されている。各電源ユニット１０，１１は、動作モード情報Ｃｍとして定電圧動作（ＣＶ）が予め指定され、目標値Ｃｒとして同一の目標電圧Ｖｒｅｆが予め与えられる。並列接続された各電源ユニット１０，１１が電圧Ｖｒｅｆをそれぞれ出力することにより、負荷２２に電圧Ｖｒｅｆを供給することができる。この電源システム１００では、電源ユニット１０，１１間のバランス調整が必要であるため、バランス調整先情報Ｃｂとして、他の電源ユニットが指定される。
並列接続した電源ユニット１０，１１の出力電圧Ｖｏは常に一致する。このため、各電源ユニット１０，１１が、バランス調整を行うことなく、それぞれ独立して定電圧動作（ＣＶ）を行った場合、一方の電源ユニット１０（１１）における僅かな制御誤差が、他方の電源ユニット１１（１０）の動作に影響を与え、電源ユニット１０，１１間のバランスが大きく崩れる原因になる。
例えば、電源ユニット１０の電圧検出部３０１が、実際の出力電圧Ｖｏよりも僅かに小さな値を検出電圧Ｖｄｅｔとして生成する場合、電源ユニット１０では、出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｒｅｆよりも僅かに大きな値にする制御が行われる。このとき、電源ユニット１１の出力電圧Ｖｏも同じ値になるため、電源ユニット１１では、出力電圧Ｖｏを減少させる制御が行われる。このような制御が繰り返されることにより、電源ユニット１０が最大電流を供給し、電源ユニット１１が最大電流を吸収するようになり、電源ユニット１０，１１間のバランスが大きく崩れることになる。このため、電源ユニット１０，１１間のバランス調整が必要になる。
図７（ｂ）に示した通り、制御部３６は、検出電圧Ｖｄｅｔ及び検出電流Ｉｄｅｔに基づくＰＩ制御と、検出電流Ｉｄｅｔに基づくバランス調整とを行って、駆動信号Ｄｒを生成する。図６（ｂ）の制御処理と比較すれば、バランス調整処理６５を有する点で異なる。バランス調整処理６５は、バランス調整先の検出電流Ｉｄｅｔ'と、自ユニットの検出
電流Ｉｄｅｔとの差に基づいて調整量Ａｊを求め、調整量Ａｊに基づいて駆動信号Ｄｒを補正する処理である。
電流Ｉｄｅｔとの差に基づいて調整量Ａｊを求め、調整量Ａｊに基づいて駆動信号Ｄｒを補正する処理である。
並列接続されている他の電源ユニット１０，１１をバランス調整先とし、２以上のバランス調整先がある場合、それぞれの検出電流Ｉｄｅｔ'の平均を求める平均演算６５１を
行い、この平均値と、自ユニットの検出電流Ｉｄｅｔとの差分Ｉｄｉｆを求め、ＰＩ処理６５２を行って、調整量Ａｊを求める。この調整量Ａｊを目標電圧Ｖｒｅｆに加えることにより、電源ユニット間のバランス調整を行っている。つまり、バランス調整先と自ユニットとの間における検出電流の差分Ｉｄｉｆが減少するように駆動信号Ｄｒを補正することにより、バランスが大きく崩れるのを防止する。
行い、この平均値と、自ユニットの検出電流Ｉｄｅｔとの差分Ｉｄｉｆを求め、ＰＩ処理６５２を行って、調整量Ａｊを求める。この調整量Ａｊを目標電圧Ｖｒｅｆに加えることにより、電源ユニット間のバランス調整を行っている。つまり、バランス調整先と自ユニットとの間における検出電流の差分Ｉｄｉｆが減少するように駆動信号Ｄｒを補正することにより、バランスが大きく崩れるのを防止する。
バランス調整先の検出電流Ｉｄｅｔ'は、ユニット間通信部３２がバランス情報Ｂｉと
して受信する。３以上の電源ユニットが並列接続されている場合、自ユニットを除く２以上の電源ユニットがバランス調整先情報Ｃｂとして予め指定され、２以上の検出電流Ｉｄｅｔ'を受信し、その平均演算６５１が行われる。ただし、図７の電源システム１００は
、２つの電源ユニット１０，１１のみで構成されるため、平均演算６５１は省略される。なお、平均演算６５１の対象に自ユニットの検出電流Ｉｄｅｔも含めることもできる。この場合には、２つの電源ユニット１０，１１のみで構成される場合でも、平均演算６５１が行われる。
して受信する。３以上の電源ユニットが並列接続されている場合、自ユニットを除く２以上の電源ユニットがバランス調整先情報Ｃｂとして予め指定され、２以上の検出電流Ｉｄｅｔ'を受信し、その平均演算６５１が行われる。ただし、図７の電源システム１００は
、２つの電源ユニット１０，１１のみで構成されるため、平均演算６５１は省略される。なお、平均演算６５１の対象に自ユニットの検出電流Ｉｄｅｔも含めることもできる。この場合には、２つの電源ユニット１０，１１のみで構成される場合でも、平均演算６５１が行われる。
（５）より複雑なユニット構成についての動作説明
図８及び図９は、電源システム１００のより複雑なユニット構成と、その制御方法の一例を示した図である。上記（３）及び（４）では、直列接続又は並列接続のみの基本的なユニット構成を有する電源システム１００について説明したが、本発明は、任意のユニット構成からなる電源システムに適用することができる。以下では、より複雑なユニット構成を有する電源システム１００の例について、バランス調整を含む具体的な制御方法について説明する。
図８及び図９は、電源システム１００のより複雑なユニット構成と、その制御方法の一例を示した図である。上記（３）及び（４）では、直列接続又は並列接続のみの基本的なユニット構成を有する電源システム１００について説明したが、本発明は、任意のユニット構成からなる電源システムに適用することができる。以下では、より複雑なユニット構成を有する電源システム１００の例について、バランス調整を含む具体的な制御方法について説明する。
Ａ）直並列ＣＣセットアップ
図８は、４個の電源ユニット１０～１３を直並列に接続し、定電流源として使用する直並列ＣＣセットアップについての説明図である。なお、ここでいう直並列とは、直列接続と並列接続が混在する３以上の電源ユニットの接続形態を指すものとする。
図８は、４個の電源ユニット１０～１３を直並列に接続し、定電流源として使用する直並列ＣＣセットアップについての説明図である。なお、ここでいう直並列とは、直列接続と並列接続が混在する３以上の電源ユニットの接続形態を指すものとする。
図８に示したユニット構成は、電源ユニット１０，１１の直列回路と、電源ユニット１２，１３の直列回路とが並列に接続され、共通の負荷２２に接続されている。各電源ユニット１０～１３は、いずれも動作モード情報Ｃｍとして定電流動作（ＣＣ）が予め指定され、目標値Ｃｒとして目標電流Ｉｒｅｆが予め与えられる。
同一の直列回路に属する２つの電源ユニットは、直列ＣＣセットアップに相当し、バランス調整を行う必要がある。一方、直列回路間は、並列ＣＣセットアップに相当し、バランス調整を行う必要がない。このため、電源ユニット１０，１１の一方には、バランス調整先情報Ｃｂとして他方が互いに指定される。同様にして、電源ユニット１２，１３の一方には、バランス調整先情報Ｃｂとして他方が互いに指定される。そして、各電源ユニット１０～１３の制御部３６では、図５（ｂ）に示した制御処理が行われる。
Ｂ）直並列ＣＶセットアップ
図９は、４個の電源ユニット１０～１３を直並列に接続し、定電圧源として使用する直並列ＣＶセットアップについての説明図である。
図９は、４個の電源ユニット１０～１３を直並列に接続し、定電圧源として使用する直並列ＣＶセットアップについての説明図である。
図９に示したユニット構成は、図８のユニット構成と同一である。各電源ユニット１０～１３は、いずれも動作モード情報Ｃｍとして定電圧動作（ＣＶ）が予め指定され、目標値Ｃｒとして同一の目標電圧Ｖｒｅｆが予め与えられる。
同一の直列回路に属する２つの電源ユニットは、直列ＣＶセットアップに相当し、バランス調整を行う必要がない。一方、直列回路間は、並列ＣＶセットアップに相当し、バランス調整を行う必要がある。このため、各電源ユニット１０～１３は、バランス調整先情報Ｃｂとして、自ユニットとは異なる直列回路に属する電源ユニットが指定される。つまり、各電源ユニット１０，１１には、電源ユニット１２及び１３の両方がバランス調整先情報Ｃｂとして指定され、各電源ユニット１２，１３には、電源ユニット１０及び１１の両方がバランス調整先情報Ｃｂとして指定される。そして、各電源ユニット１０～１３の制御部３６では、図７（ｂ）に示した制御処理が行われる。
（６）同期処理部３５の詳細構成
図１０は、同期処理部３５の詳細構成の一例を示した図である。同期処理部３５は、２つの絶縁通信端子Ｚ１，Ｚ２を有し、２以上の電源ユニット１０～１３は、一対の絶縁通信線ＺＣＬを用いて、端子Ｚ１同士、端子Ｚ２同士がそれぞれ接続されている。同期処理部３５は、一対の絶縁通信線ＺＣＬ間を導通させることによりトリガー信号を送出し、また、絶縁通信線ＺＣＬ間の導通状態を検知することにより、トリガー信号を受信する。
図１０は、同期処理部３５の詳細構成の一例を示した図である。同期処理部３５は、２つの絶縁通信端子Ｚ１，Ｚ２を有し、２以上の電源ユニット１０～１３は、一対の絶縁通信線ＺＣＬを用いて、端子Ｚ１同士、端子Ｚ２同士がそれぞれ接続されている。同期処理部３５は、一対の絶縁通信線ＺＣＬ間を導通させることによりトリガー信号を送出し、また、絶縁通信線ＺＣＬ間の導通状態を検知することにより、トリガー信号を受信する。
同期処理部３５は、２つのフォトカプラ５１，５２を備える。フォトカプラ５１は、トリガー信号を送出するための送信用フォトカプラであり、フォトカプラ５２は、トリガー信号を受信するための受信用フォトカプラである。
送信用フォトカプラ５１は、制御部３６からのトリガー送信信号ｓＴＧにより駆動される発光素子５１１と、発光素子５１１の発光時に端子Ｚ１，Ｚ２間を導通させる受光素子５１２とを備える。トリガー送信信号ｓＴＧが入力されていないとき、端子Ｚ１，Ｚ２間は非導通になる一方、制御部３６からトリガー送信信号ｓＴＧが入力されているとき、端子Ｚ１，Ｚ２間が導通する。
受信用フォトカプラ５２は、一対の絶縁通信線ＺＣＬ間の導通により駆動される発光素子５２１と、発光素子５２１の発光時にトリガー受信信号ｒＴＧを出力する受光素子５２２とを備える。このため、一対の絶縁通信線ＺＣＬ間が非導通であるとき、トリガー受信信号ｒＴＧは出力されない一方、一対の絶縁通信線ＺＣＬ間が導通しているとき、トリガー受信信号ｒＴＧが制御部３６へ出力される。
全ての電源ユニット１０～１３の端子Ｚ１，Ｚ２は、一対の絶縁通信線ＺＣＬを介してそれぞれ接続され、送信用フォトカプラ５１の受光素子５１２が並列接続されている。このため、いずれか１つの電源ユニット１０～１３からトリガー信号が送信されると、一対の絶縁通信線ＺＣＬが導通する。受信用フォトカプラ５２の発光素子５２１は、送信用フォトカプラ５１の受光素子５１２と直列に接続され、一対の絶縁通信線ＺＣＬ間における導通又は非導通の状態を検出し、トリガー受信信号ｒＴＧを生成する。
図１１は、電源システム１００の出力開始動作の一例を示したタイミングチャートである。図中の（ａ）は、マスターユニットＭＵ内のトリガー送信信号ｓＴＧ、（ｂ）及び（ｃ）は各電源ユニット１０～１３のトリガー受信信号ｒＴＧ及び駆動信号Ｄｒである。ここでは、動作モードが定電圧（ＣＶ）動作であり、出力電圧Ｖｏを目標電圧Ｖｒｅｆに一致させるように出力制御が行われる。また、出力開始時には、所定の時間又は変化率で出力電圧Ｖｏを変化させた後に目標電圧Ｖｒｅｆに到達させるソフトスタート制御が行われている。マスターユニットＭＵ及びスレーブユニットＳＵは、いずれもトリガー受信信号ｒＴＧに基づいて電源出力を開始する。
マスターユニットＭＵは、ユニット間通信部３２が、制御パラメータＰｒを全てのスレーブユニットＳＵへ送信した後、制御部３６がトリガー送信信号ｓＴＧを生成し、同期処理部３５が、絶縁通信線ＺＣＬへトリガー信号を出力する。トリガー送信信号ｓＴＧは、所定幅のパルス信号として生成される。
マスターユニットＭＵ及びスレーブユニットＳＵでは、一対の絶縁通信線ＺＣＬが導通すれば、同期処理部３５がトリガー受信信号ｒＴＧを生成し、制御部３６へ出力する。制御部３６は、トリガー受信信号ｒＴＧに基づいて駆動信号Ｄｒの出力を開始し、電源主回路３０が電源出力を開始する。トリガー受信信号ｒＴＧは、トリガー送信信号ｓＴＧと同様のパルス信号であり、トリガー送信信号ｓＴＧよりも遅延時間ｔＤだけ遅れる。遅延時間ｔＤは、主にフォトカプラ５１，５２の遅延時間であり、数十マイクロ秒程度である。このため、制御部３６による制御周期、例えば２５０マイクロ秒と比べても十分に短い時間であり、無視することができる。
ここで、ユニット間通信線ＵＣＬを介したデジタル通信により、電源ユニット１０～１３間で出力開始指令を伝達した場合、通信時間は、遅延時間ｔＤよりも遥かに長くなるとともに、通信時間にばらつきが生じる。このため、電源ユニット１０～１３の出力開始タイミングに有意なずれが生じ、出力開始時の動作が不安定になるという問題がある。これに対し、絶縁通信線ＺＣＬを介してトリガー信号を迅速に伝送することにより、電源出力の開始タイミングをほぼ同期させることができ、出力開始時における動作を安定化することができる。全く同様にして、出力中に目標値を変更する場合にも、絶縁通信線ＺＣＬを介してトリガー信号を伝送することにより、電源ユニット１０～１３の出力変更タイミングをほぼ同期させることができ、出力変更時における動作を安定化することができる。
また、トリガー信号を導通又は非導通の状態として伝達することにより、ノイズ耐性を向上させ、誤動作を防止することができる。さらに、フォトカプラを介在させることにより、ノイズ耐性をさらに向上させることができる。
なお、フォトカプラ５１，５２の遅延時間ｔＤは、極めて短い時間であるため、マスターユニットＭＵでは、トリガー受信信号ｒＴＧではなく、トリガー送信信号ｓＴＧに基づいて、駆動信号Ｄｒを出力することもできる。
（７）出力開始時の動作
図１２のステップＳ１０１～Ｓ１０６は、マスターユニットＭＵの動作の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、制御端末２０からのデータ送信要求により開始される。
図１２のステップＳ１０１～Ｓ１０６は、マスターユニットＭＵの動作の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、制御端末２０からのデータ送信要求により開始される。
端末通信部３１が、端末通信線ＴＣＬを介して、制御端末２０から制御パラメータＰｒを受信する（ステップＳ１０１）。受信データのうち、マスターユニット用の制御パラメータＰｒはパラメータ記憶部３４に格納され、スレーブユニット用の制御パラメータＰｒは、ユニット間通信部３２が、ユニット間通信線ＵＣＬを介して、各スレーブユニットＳＵへ送信する（ステップＳ１０２）。制御パラメータＰｒを受信した各スレーブユニットＳＵは、マスターユニットＭＵへデータ受信の確認返信を送信する。
ユニット間通信部３２は、各スレーブユニットＳＵから確認返信を受信する。全てのスレーブユニットＳＵから確認返信を受信した後、同期処理部３５が、絶縁通信線ＺＣＬにトリガー信号ＴＧを送信する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。当該トリガー信号ＴＧを同期処理部３５が受信すれば、制御部３６が駆動信号Ｄｒを生成し、電源主回路３０が出力を開始する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。
図１３のステップＳ２０１～Ｓ２０４は、スレーブユニットＳＵの動作の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、マスターユニットＭＵからの制御パラメータＰｒの送信により開始される。
ユニット間通信部３２が、マスターユニットＭＵから制御パラメータＰｒを受信する（ステップＳ２０１）。受信した制御パラメータＰｒは、パラメータ記憶部３４に格納され、マスターユニットＭＵに対し、受信の確認返信を送信する（ステップＳ２０２）。その後、同期処理部３５がトリガー信号ＴＧを受信すれば、制御部３６が駆動信号Ｄｒを生成し、電源主回路３０が出力を開始する（ステップＳ２０３、Ｓ２０４）。
実施の形態２．
上記実施の形態では、絶縁通信線ＺＣＬを介して、電源出力を開始するためのトリガー信号ＴＧを伝送する電源システム１００の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、絶縁通信線ＺＣＬを介して、電源出力を停止させるためのエラー信号ＥＲを送信する例について説明する。
上記実施の形態では、絶縁通信線ＺＣＬを介して、電源出力を開始するためのトリガー信号ＴＧを伝送する電源システム１００の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、絶縁通信線ＺＣＬを介して、電源出力を停止させるためのエラー信号ＥＲを送信する例について説明する。
電源システム１００が負荷２２に電源を供給しているときに、２以上の電源ユニット１０～１３のいずれかに故障が発生した場合、例えば、異常な温度上昇が検出された場合に、他の電源ユニット１０～１３に過大な負荷がかかり、正常な電源ユニット１０～１３を損傷するおそれがある。このため、電源出力中の電源ユニット１０～１３のいずれかに故障が発見された場合、全ての電源ユニット１０～１３の出力動作を迅速に停止させることが望ましい。そこで、絶縁通信線ＺＣＬを用いて、故障した電源ユニット１０～１３から正常動作な電源ユニット１０～１３へエラー信号ＥＲを伝送することにより、全ての電源ユニット１０～１３の出力を迅速に停止させる。エラー信号ＥＲは、トリガー信号ＴＧと区別可能な信号として送信される。
図１４は、本発明の実施の形態２による電源システム１００の動作の一例を示したタイミングチャートである。図中の（ａ）～（ｄ）には、電源ユニット１０～１３の同期処理部３５が、絶縁通信線ＺＣＬへ送信する信号が示され、（ｅ）には、各電源ユニット１０～１３の駆動信号Ｄｒが示されている。電源システム１００の構成は、図９に示した４つの電源ユニット１０～１３の直並列ＣＶセットアップと同一であるため、重複する説明を省略する。
トリガー信号ＴＧは、マスターユニットＭＵのみが送信する信号であるのに対し、エラー信号ＥＲは、マスターユニットＭＵ又はスレーブユニットＳＵにかかわらず、任意の電源ユニット１０～１３が送信できる信号である。また、トリガー信号ＴＧは、出力開始のための信号であり、出力開始前に送信されるのに対し、エラー信号ＥＲは、出力を停止するための信号であって、出力中に送信される。エラー信号ＥＲは、トリガー信号とは区別可能な信号として出力される。
トリガー信号ＴＧとエラー信号ＥＲは、信号出力時間を異ならせることにより区別される。例えば、エラー信号ＥＲのパルス幅ｗＥＲは、トリガー信号ＴＧのパルス幅ｗＴＧよりも長く、絶縁通信線ＺＣＬ上にいずれかの信号が出力された場合、その継続時間に基づいて、トリガー信号ＴＧ又はエラー信号ＥＲのいずれであるのかを判別することができる。
マスターユニットＭＵ（ＵＩＤ＝０）が、トリガー信号ＴＧを出力した場合、各スレーブユニットＳＵ（ＵＩＤ＝１～３）は、信号継続時間がｗＴＧであることから、その信号がトリガー信号ＴＧであると判別することができ、各電源ユニット１０～１３の制御部３６が駆動信号Ｄｒを生成し、電源出力が開始される。
電源出力中のスレーブユニットＳＵ（ＵＩＤ＝２）に故障が発生した場合、当該電源ユニット１３からエラー信号が出力される。この信号の継続時間がｗＥＲであることから、その信号がエラー信号ＥＲであると判別することができ、各電源ユニット１０～１３の制御部３６が駆動信号Ｄｒの生成を停止し、電源出力が停止する。
図１５は、本発明の実施の形態２による電源システム１００の動作の他の例を示したタイミングチャートである。図中の（ａ）～（ｄ）には、電源ユニット１０～１３の同期処理部３５が、絶縁通信線ＺＣＬへ送信する信号が示され、（ｅ）には、各電源ユニット１０～１３の駆動信号Ｄｒが示されている。
トリガー信号ＴＧとエラー信号ＥＲは、パルス信号の連続出力回数を異ならせることにより区別される。例えば、トリガー信号ＴＧ及びエラー信号ＥＲを構成するパルス信号の幅は同一であるが、トリガー信号ＴＧが、十分な時間間隔をあけて送信される単一パルスであるのに対し、エラー信号ＥＲは、２つのパルス信号が短いインターバル時間ｔＢを挟んで連続出力される。
トリガー信号ＴＧ及びエラー信号ＥＲを受信する電源ユニット１０～１３は、１つのパルス信号を検出した後、さらにインターバル時間ｔＢを経過した後に、トリガー信号ＴＧ又はエラー信号ＥＲのいずれであるのかを判別することができる。
本実施の形態によれば、絶縁通信線ＺＣＬを介して、トリガー信号ＴＧだけでなく、エラー信号も伝送することができる。このため、いずれかの電源ユニット１０～１３に故障が発生した場合に、全ての電源ユニットの出力を迅速に停止させることができ、正常な電源ユニットを損傷するのを防止することができる。また、エラー信号ＥＲをトリガー信号ＴＧと区別可能な信号として電源ユニット１０～１３間で伝送することにより、安価に実現することができる。
１００ 電源システム
１０～１３ 電源ユニット
２０ 制御端末
２１ 交流電源
２２ 負荷
３０ 電源主回路
３０１ 電圧検出部
３０２ 電流検出部
３１ 端末通信部
３２ ユニット間通信部
３３ ＰＷＭ駆動部
３４ パラメータ記憶部
３５ 同期処理部
３６ 制御部
４１ 絶縁トランス
４１２ トランス
４２１ スイッチング回路
４２２ インダクタンス
４２ 昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１ 送信用フォトカプラ
５２ 受信用フォトカプラ
６１ ＰＩ処理
６２ バランス調整処理
６５ バランス調整処理
Ａｊ 調整量
Ｂｉ バランス情報
Ｐｒ 制御パラメータ
Ｃｍ 動作モード情報
Ｃｒ 目標値
Ｃｂ バランス調整先情報
Ｄｒ 駆動信号
Ｉｄｅｔ 検出電流
Ｉｄｉｆ 差分
Ｉｏ 出力電流
Ｉｒｅｆ 目標電流
Ｖｄｅｔ 検出電圧
Ｖｄｉｆ 差分
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｒｅｆ 目標電圧
ＭＵ マスターユニット
ＳＵ スレーブユニット
ＴＣＬ 端末通信線
ＵＣＬ ユニット間通信線
ＺＣＬ 絶縁通信線
ＴＧ トリガー信号
ｒＴＧ トリガー受信信号
ｓＴＧ トリガー送信信号
ＥＲ エラー信号
１０～１３ 電源ユニット
２０ 制御端末
２１ 交流電源
２２ 負荷
３０ 電源主回路
３０１ 電圧検出部
３０２ 電流検出部
３１ 端末通信部
３２ ユニット間通信部
３３ ＰＷＭ駆動部
３４ パラメータ記憶部
３５ 同期処理部
３６ 制御部
４１ 絶縁トランス
４１２ トランス
４２１ スイッチング回路
４２２ インダクタンス
４２ 昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１ 送信用フォトカプラ
５２ 受信用フォトカプラ
６１ ＰＩ処理
６２ バランス調整処理
６５ バランス調整処理
Ａｊ 調整量
Ｂｉ バランス情報
Ｐｒ 制御パラメータ
Ｃｍ 動作モード情報
Ｃｒ 目標値
Ｃｂ バランス調整先情報
Ｄｒ 駆動信号
Ｉｄｅｔ 検出電流
Ｉｄｉｆ 差分
Ｉｏ 出力電流
Ｉｒｅｆ 目標電流
Ｖｄｅｔ 検出電圧
Ｖｄｉｆ 差分
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｒｅｆ 目標電圧
ＭＵ マスターユニット
ＳＵ スレーブユニット
ＴＣＬ 端末通信線
ＵＣＬ ユニット間通信線
ＺＣＬ 絶縁通信線
ＴＧ トリガー信号
ｒＴＧ トリガー受信信号
ｓＴＧ トリガー送信信号
ＥＲ エラー信号
Claims (5)
- 任意に接続可能な２以上の電源ユニットにより構成され、前記電源ユニットが協働して共有の負荷に対し直流電源を供給する電源システムにおいて、
上記電源ユニットは、
外部から入力される交流電源を直流電源に変換する電源主回路と、
出力電流を検出する電流検出部と、
出力電圧を検出する電圧検出部と、
定電流動作又は定電圧動作を選択的に示す動作モード情報、及び、目標電流又は目標電圧のうち前記動作モード情報に対応する一方を目標値として書き換え可能に保持するパラメータ記憶部と、
前記出力電流又は前記出力電圧のうち前記動作モード情報に対応する一方が前記目標値と一致するように前記電源主回路を制御する制御部と、
前記出力電流又は前記出力電圧の他方をバランス情報として送信するバランス情報送信部と、
他の前記電源ユニットから前記出力電流又は前記出力電圧の他方をバランス情報として受信するバランス情報受信部とを備え、
前記制御部は、自ユニットおよび前記他の電源ユニットのバランス情報に基づいて、前記電源主回路を制御し、前記他の電源ユニットとのバランス調整を行うことを特徴とする電源システム。 - 前記パラメータ記憶部は、バランス調整の参照先となる前記他の電源ユニットを識別するためのバランス調整先情報を書き換え可能に保持し、
前記バランス情報送信部は、自ユニットのバランス情報をバス通信方式のユニット間通信線へ送信し、
前記バランス情報受信部は、前記バランス調整先情報に基づいて、前記ユニット間通信線から前記バランス情報を選択的に受信することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。 - 定電流動作時には、自ユニットに対して直列に接続される他の電源ユニットを前記バランス調整の参照先とする一方、定電圧動作時には、自ユニットに対して並列接続される他の電源ユニットを前記バランス調整の参照先とすることを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
- 前記バランス調整先情報は、ユーザ操作に基づいて制御端末により生成され、前記電源ユニットへ送信されることを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
- 他の電源ユニットと直列又は並列に接続され、前記他の電源ユニットと協働して共有の負荷に対し直流電源を供給する電源ユニットにおいて、
外部から入力される交流電源を直流電源に変換する電源主回路と、
出力電流を検出する電流検出部と、
出力電圧を検出する電圧検出部と、
定電流動作又は定電圧動作を選択的に示す動作モード情報、及び、目標電流又は目標電圧のうち前記動作モード情報に対応する一方を目標値として書き換え可能に保持するパラメータ記憶部と、
前記出力電流又は前記出力電圧のうち前記動作モード情報に対応する一方が前記目標値と一致するように前記電源主回路を制御する制御部と、
前記出力電流又は前記出力電圧の他方をバランス情報として送信するバランス情報送信部と、
他の前記電源ユニットから前記出力電流又は前記出力電圧の他方をバランス情報として受信するバランス情報受信部とを備え、
前記制御部は、自ユニットおよび前記他の電源ユニットのバランス情報に基づいて、前記電源主回路を制御し、前記他の電源ユニットとのバランス調整を行うことを特徴とする電源ユニット。
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