JPH037064A - 二重化電源装置の過電圧追従防止回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はロードシェア方式の二重化電源装置に係り、特
に一方の電源の過電圧防止回路が故障した場合の他方の
電源の信頼性向上に関する。

〈従来の技術〉 電源装置は、例えば「計測と制御」第２７巻第６号（昭
和６３年６月）第４４頁に掲載されている。第６図は従
来の二重化電源装置の構成ブロック図である。ここでは
同一構成の電源ＰＳＩ、ＩＩが並列に接続されており、
直流入力電圧Ｖ　ｊｒＬがそれぞれ印加され直流出力電
圧Ｖ、が負荷に供給されている。電源ＰＳｌは入力電圧
Ｖ　ｉｒＬを入力して所定電圧Ｅ１の直流を出力するＤ
　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ部１０と、この直流出力Ｅ１と
他方の電源ＰＳ■の直流出力Ｅ２を突合わせるダイオー
ドＤ（突合わせ回路）と、出力電圧Ｖ臘を安定化する出
力安定化回路２０を備えている。出力安定化回路２０は
、例えば、出力電圧Ｖ（Ｌ＋Ｌを所定の基準電圧ｖｒｅ
ｔと比較して誤差信号を得る回路と、この誤差信号を小
さくする方向に制御信号を送るパルス幅制御回路ＰＷＭ
ＣＴＬとを有している。

また他方の電源との協調をとる関係で、直流出力Ｅ１を
検出して電源ＰＳ■に送る出力電圧検出回路３０と、こ
の送られた電圧を元にパルス幅制御回路ＰＷＭＣＴＬに
ロード制御信号を送るロドシエア回路４０を有している
。このロードシェアは出力電圧制御型と呼ばれるもので
、二台のうち出力電圧が高いほうの電源ＰＳに低いほう
の電源ＰＳの出力電圧を追従させて、これにより二台の
電源から負荷電力を供給するものである。

そして、負荷側の短絡等に起因して異常事態が発生して
もＤＯ／ＤＣコンバータ部が故障して再使用できなくな
る事を防止するために、正常な値よりも大きく定められ
た所定のしきい値電圧よりも大きい場合に当該ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ部の動作を停止させる過電圧防止回路５０
を有している。

〈発明が解決しようとする課題〉 この様な装置において、一方の電ａｐｓか何等かの故障
で出力に過電圧を発生すると、他方の電源のロードシェ
ア回路の働きで過電圧に追従する。

第７図は問題点の説明をする波形図である２時刻１１で
電源ＰＳＩに故障が発生し出力電圧Ｅ１が上昇すると、
ロードシェア回路４０の作用で電源ＰＳ■の出力電圧Ｅ
２が上昇する。ここでは時刻１２で電源ＰＳ■の出力電
圧Ｅ２か過電圧防止回路５０の動作電圧Ｅ２ｏｖｐに達
して電源ＰＳ■の出力が零になる。続いて時刻Ｊ、３で
電源Ｉの出力電圧Ｅ１が過電圧防止回路５０の動作電圧
ＥＩｏｖｐに達して電源ＰＳＩ［の出力が零になって停
止する。

通常、片電源だけでも負荷に必要な電力を供給できるか
ら片電源の故障で二重化電源装置全体が停止することは
防止する必要がある。

本発明はこのような課題を解決したもので、二重化電源
装置の片電源に過電圧状態が発生しても正常な側での電
力供給を確実に行なう二重化電源装置を提供することを
目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 第１図は上記目的を達成する本発明を説明する構成ブロ
ック図である０図において、二台の直流な源ＰＳは、そ
れぞれ直流電力を入力し直流電流を出力するＤＣ／ＤＣ
コンバータ部１０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ部１０
の出力電圧が所定電圧と一致する方向に制ｔｎ信号を当
該ＤＣ／ＤＣコンバータ部１０に供給する出力安定化回
路２０と、当該出力電圧が正常な値よりも大きいときに
ＤＣ／ＤＣコンバータ部１０の出力を抑止する過電圧防
止回路５０を有している。そして、各直流電源の出力電
圧を突合わせて負荷に供給する二重化電源装置にしてい
る。

さらに、当該直流電源の出力電圧を検出する手段３０と
、他方電源の出力電圧検出手段が出力する信号を入力し
、他方電源の出力電圧に均衡させるロードシェア信号を
自電源に出力するロードシェア回路４０と、ロードシェ
ア信号の指示する出力電圧を過電圧防止回路５０の動作
する電圧よりも低い値に制限する過電圧追従防止回路６
０とを具備することを特徴としている。

く作　用〉 本発明の各構成要素はつぎの作用をする。ロードシェア
回路は両電源が動作中に両者が負担する電流の均衡を出
力電圧の高い側に合わせて取るもので、従って一方の電
源に過電圧が発生すると他方の電源も追従して電圧が上
する。このまま追従させる過電圧防止回路が動作して、
正常な電源も動作を停止するので、これを防ぐなめ過電
圧追従防止回路により一定電圧以上には上昇しないよう
にしている。

〈実施例〉 以下図面を用いて、本発明を説明する。

第２図は本発明の一実施ｍ１を示す回路図である。

尚第２図において、前記第１図と同一作用をするものに
は同一符号をっけ説明を省略する６図において、ＤＣコ
ンバータ部１０は一般的なスイッチング電源で、トラン
スの一次巻線ｎ１に直流電圧Ｖ　ｉｎを印加して、トラ
ンジスタなどのスイッチング素子Ｑによりオンオフして
いる。すると、トランスの二次巻線ｎ２にスイッチング
信号が誘起されるので、ダイオードＤｉ、Ｄ２により整
流し、チョークコイルＬ１で高周波数成分を除去して、
コンデンサＣ１により平滑化して出力電圧Ｅ２を得てい
る。出力安定化回路２０は、ここでは誤差増幅回路２１
、パルス幅制御回ｉ２２及びスイッチング索子Ｑに制御
信号を送るドライブ回路２３よつなっている。出力電圧
検出手段３０はここでは抵抗Ｒ１，Ｒ２で、ダイオード
Ｄ３を介して各直流量ｆｉ、ＰＳの出力電圧ＶＩＩＩｔ
を分圧しているが、ダイオードＤ３を介さないで出力電
圧Ｅ２を分圧しても良い。

ロードシェア回１４０はコンパレータＵ２を有し、グラ
ス端子には抵抗Ｒ７を介して他方の直流量ＪＰＳＩの出
力電圧Ｅ１が供給され、マイナス端子には自電源ＰＳＨ
の出力電圧Ｅ２が供給されている。マイナス端子とプラ
ス端子との間は、抵抗Ｒ６で接続されていて、抵抗Ｒ７
に相当している。そして、出力電圧Ｅ２が出力電圧Ｅ１
に比べて低いときは、コンパレータＵ２の出力はＨにな
っている。コンパレータＵ２の出力端子には抵抗Ｒ５を
介してタイオードＤ４が接続されている。

過電圧防止回路５０はここではコンパレータＵ３であっ
て、プラス端子に基準電圧Ｖｒｅｆ２を接続しマイナス
端子にＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバー２部１０の出力電圧Ｅ２
を接続しており、出力電圧Ｅ２が基準電圧Ｖ　ｒｅｆ２
よりも大きくなったときは、ドライブ回ＦｒｌＩ２３に
ストップ信号を送る。

過電圧追従防止回路６０は、ロードシェア回路４０の出
力端子に一端が接続されたゼナーダイオードＤ５よりな
り、ロードシェア信号がゼナー電圧以下に制限される。

このゼナー電圧は過電圧防止回路５０の基準電圧Ｖ　ｒ
ｅｆ２に比べ（出力電圧Ｖ顛の値として）低くしである
。過電圧追従防止回路６０の出力端子は誤差増幅回路２
１をなすアンプＵ１のプラス端子に接続されており、抵
抗Ｒ３を介して接続された基準電圧ｖｒｅｔ並びに抵抗
Ｒ４も並列して接続されている。アンプＵ１では、ロー
ドシェア信号がゼナー電圧以下の電圧で入力され、出力
電圧検出手段３０をへた出力電圧■促と比較され、誤差
信号として出力される。パルス幅制御回路２２は誤差増
幅回路２１の出力する誤差信号が小さくなる方向にパル
ス幅制御信号を出力する。ドライブ回路２３はパルス幅
制御信号をスイッチング素子Ｑに出力するもので、過電
圧防止回路５０からストップ信号をうけているときは出
力を停止している。

このように構成された装置の動作を次に説明する。第３
図は正常状態に於ける電源ＰＳＩの出力電圧Ｅ１及び電
ｇｐｓｎの出力電圧Ｅ２を示している。ロードシェア回
路４０は出力電圧Ｅ１が出力電圧Ｅ２と等しくなるよう
にロードシェア信号電圧Ｅ３を制御しており、このとき
各電源ＰＳＩ、■の貨荷＠Ａ　Ｉ　１．　Ｉ　２が等し
くなっている。従って、最初に出力電圧Ｅ　であれば、
出力電圧Ｅ２゜０ はＥｌｏと等しくなっている１次に時刻Ｌ１で設定値が
変更され、時刻１２で定常値になったとすると、電ＪＰ
ＳＩの出力電圧Ｅ１がＥｌｌに増大すると、これに応答
して電＠ｐｓ■の出力電圧Ｅ２がＥｌｌに等しいＥ２１
に増大する。

第４図は異常状態に於ける電源ＰＳＩの出力電圧Ｅ１及
び電源ＰＳ■の出力電圧Ｅ２を示している。当初、電源
ＰＳＩの出力電圧がＥｌｏであれば、出力電圧Ｅ２ｏは
Ｅｌｏと等しくなっていると共に、ロードシェア信号電
圧がＥ３ｏであるとする４時刻Ｌ１に何等かの異常によ
り出力電圧Ｅ１が増大すると、ロードシェア回路の動作
によりロードシェア信号電圧Ｅ３及び出力電圧Ｅ２が増
加する０時刻Ｌ２でロードシェア信号電圧Ｅ３がゼナー
電圧に達すると、それ以降は一定電圧Ｅ３□に維持され
る。これに付随して、出力電圧Ｅ２は電源ＰＳＨの過電
圧防止回路５０の動作電圧Ｅ２０ＶＰよりも低い一定値
Ｅ２□に維持され、この値Ｅ２２は次式で与えられる。

Ｂ　　＝Ｅ　　・（１＋Ｒ１／Ｒ２）十Ｖ　　　　（＋
）２ｚ　　　　３ｚ　　　　　　　　　　　　　　　　
ＦここでＶ、はダイオードＤ３の順方向電圧である。

すなわち、出力電圧ｖａｕｔとロードシェア信号電圧Ｅ
３には次式が成立している。

Ｖ圓ｔ＝Ｅ３□・（１＋Ｒ１／Ｒ２）　　　　　　　（
２）時刻ｉ３で出力電圧Ｅ１が電源ＰＳＩの過電圧防上
回路５０の動作電圧Ｅｉｏｖｐに達すると、過電圧防止
回路５０が動作してＤＣ／ＤＣコンバータ部１０の動作
が抑止され、然して出力電圧が零電圧であるＲ１３にな
る。すると、ロードシェア信号電圧が零電圧であるＲ３
３となる。電源ＰＳ■は単独での設定電圧Ｅ２３となる
。

第５図は本発明の他の実施例の回路図である。

第２図との比較で説明すると、誤差増幅回路２１と過電
圧追従防止回路６０の構成を変形すると共に、過電圧防
止回路５０を省略しである。過電圧追従防止回路６０は
基本的にはポルデージフォロアＵ４であって、出力端に
ダイオードＤ６を挿入しである。誤差アンプＵ１のマイ
ナス端子の電圧Ｖａは出力電圧ｖｏｕｔと次式の関係に
ある。

ｖｆｌｌｔ＝ｖａ　Ｈ（１＋Ｒ１／Ｒ２）　　　　　　
（３）また、ボルテージフォロアＵ４のプラス端子には
基準電圧Ｖ　ｒｅｆ及びこれと直列に接続された出力電
圧調整用の可変抵抗Ｒ３が接続されており、これと並列
に分圧抵抗Ｒ６，Ｒ７も接続されている。

このプラス端子への入力電圧ｖｂは次式で与えられる。

Ｖｂ　　＝Ｖｒｅｆ　　　−（Ｒ４＋Ｒ５）／　　（Ｒ
３＋Ｒ４＋Ｒ５）（４）従って、これを分圧抵抗Ｒ６，
Ｒ７で分圧した電圧Ｖｃは次のようになる。

ＶＣ＝Ｖｒｅｆ　−Ｒ５／　（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）　　
（５）この電圧Ｖｃはロードシェア信号と共に誤差アン
プＵ１のプラス端子に入力されている。

このように構成された装置の動作を次に説明する。電源
ｐ　ｓ　ｎの単体動作時には、ロードシェア回路４０は
動作していないから、ダイオードＤ４はカットオフ状態
にある。従って誤差アンプＵ１の両端子の電圧は等しく
なっている。

Ｖａ＝Ｖｃ　　　　　　　　　　　　　　（６）従って
（３）式及び（５）式より、次の関係が成り立つ。

ＶＢ＝Ｖｒｅｆ　　　−Ｒ５／　　（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５
）・（１＋Ｒ１／Ｒ２）　　　（７） 次に、ロードシェアを行なう場合であって、片電源か過
電圧モードの故障時には正常側電源の最大出力電圧は次
の関係を有している。

Ｖａ＝Ｖｂ　　　　　　　　　　　　　　　（８）従っ
て（３）式及び（４）式より、次の関係が成り立つ。

Ｖａｕｔ＝Ｖｒｅｆ　　−’　　（Ｒ４＋Ｒ５）／　　
（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）・（１＋Ｒ１／Ｒ２）　　　（９
） 従って、可変抵抗Ｒ３により設定された出力電圧の（１
＋Ｒ４／Ｒ５）倍の出力電圧までしかロードシェア回路
４０が追従しないことになる。

この実施例に於ける過電圧追従防止回路６０は出力電圧
調整型であって、第２図の実施例の出力電圧固定型に比
較して適用範囲が拡大すると言う効果がある。

尚、上記実施例においては各電源に過電圧追従防止回路
を設けたものを示したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、二重化電源の信頼性に差がある場合には信
頼性の高い側だけに過電圧追従防止回路を設けても良い
。

さらに、オンラインメンテナンスなどで一方の電源の動
作を開始した後に他方の電源を立上げる場合がある。こ
の場合にはすでにロードシェア回路が動作状態にあるた
め誤差アンプＵ１の基準電圧レベル（Ｒ３）は高くなり
、従って後から立上がった側の電源に過電圧（オーバシ
ュート）が発生する。そのため、過電圧防止回路の動作
によってＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ部が停止する虞があ
った。

この様な二重化電源装置に本発明を適用すれば、ロード
シェア回路に過電圧追従防止回路を装着するので、ロー
ドシェア信号電圧Ｅ３が過電圧防止回路の動作電圧より
も低い一定値に押さえられるので、オーバシュートが緩
和されると言う効果がある。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば過電圧追従防止回
路をロードシェア回路に設けているので、片電源の過電
圧発生に対して他方の電源出力電圧は追従して増大する
ことがなく、故障側はシステムから切り離されるから全
体の電源システムのダウンが回避でき信頼性が向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する構成ブロック図、第２図は本
発明の一実施例を示す回路図、第３図は正常状態に於け
る電源ＰＳＩ、ＩＩの出力電圧Ｅ１２の波形図、第４図
は異常状態に於ける電源ＰＳＩ、■の出力電圧Ｅ１，２
の波形図、第５図は本発明の他の実施例の回路図である
。 第６図は従来装置の構成ブロック図、第７図は問題点を
説明する波形図である。 １０・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ部、２０・・・出力安
定化回路、２１・・・誤差増幅回路、２２・・・パルス
幅制御回路、２３・・・ドライブ回路、３０・・・出力
電圧検出手段、４０・・・ロードシェア回路、５０・・
・過電圧防止回路、６０・・・過電圧追従防止回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流電力を入力し直流電流を出力するＤＣ／ＤＣコンバ
   ータ部と、このＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力電圧が所
   定電圧と一致する方向に制御信号を当該ＤＣ／ＤＣコン
   バータ部に供給する出力安定化回路と、当該出力電圧が
   正常な値よりも大きいときに当該ＤＣ／ＤＣコンバータ
   部の出力を抑止する過電圧防止回路を有する直流電源を
   二台備えると共に、各直流電源の出力電圧を突合わせて
   負荷に供給する二重化電源装置において、 当該直流電源の出力電圧を検出する手段と、他方電源の
   出力電圧検出手段が出力する信号を入力し、他方電源の
   出力電圧に均衡させるロードシェア信号を自電源に出力
   するロードシェア回路と、 このロードシェア信号の指示する出力電圧を前記過電圧
   防止回路の動作する電圧よりも低い値に制限する過電圧
   追従防止回路と、 を具備することを特徴とする二重化電源装置の過電圧追
   従防止回路。