JPH0426316A - 並列冗長運転用直流電源装置の電流バランス方式 - 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】 ［要 並列冗長運転用の直流電源装置の電流）＼ランス方式に
関し、 従来の直流電源装置の電流ノ＼ランス方式では、電流バ
ランスをとって並列運転中に一方の電源装置が故障した
場合には、電流バランス機能に影響され、他の正常ｉｔ
＞電＠装置の出力電圧が低下してしまい、並列冗長運転
が実現でき一；かった問題の解決を目的とし、 並列運転される各直流電源装置中には、電流バランス端
子から通知される信号により、自己の出力電流と他の電
源装置の出力電流とを比較した結果、自己の出力電流の
方が大きい場合には出力電圧制御は行なわず、自己の出
力電流の方が小さい場合にのみ出力電流平衡のための出
力電圧制御を実行する手段を設けて構成する。

・＝産業上の利用分野二 本発明は並列冗長運転に供される定電圧出力の直流電源
装置（以下、単に・′電源ユニット」ともいう）の電流
バランス方式に関し、特に、並列運転中の一方の直流電
源装置が故障した場合にも、電流バランス機能に影響さ
れることなく、他の正常な直流電源装置により負荷に安
定に電流を供給し運転を続行し得る並列冗長運転用直流
電源装置の電流バランス方式に関する。

こ従来の技術： 情報処理装置等の電子機器に用″、）られる直流電源装
置には、その大容量化および高信頼性化要請により、複
数の電源ユニットを並列冗長運転されることが要求され
ている。

この並列冗長運転とは、第３図の電源ユニットの並列冗
長運転について説明する図に示されるごとく、例えば５
０Ａ（アンペア）の負荷電流が流れる負荷３０に対して
、出力電流容量５０Ａの直流定電圧出力の電源ユニッ）
１０．２０を二台並列に接続し、一方の電源ユニットが
ダウン（停止）した場合でも、残る一台で負荷３０に電
流を供給し得るよう構成するものである。

そして、さらに信頼性の向上を目的として、上記二台の
電源ユニッ）１０．２０の出力電流Ｉ。

１．１．２をバランス（平衡）させて運転させる、電流
バランス方式が必要とされている。

以下、上記目的のために使用される従来の直流電源装置
について説明する。

すなわち、第４図は従来の並列運転される電源ユニット
の回路構成を示す図であり、二台のＰ　ＷＭ　（Ｐｕｌ
ｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）スイッチン
グレギュレータ方式の電源ユニットを並列運転して、一
つの負荷に電流を供給するとともに、それぞれの電源ユ
ニ、ｈ間で出力電流の７１ランス＜　−１２？ｈ　）を
取る場合の例である。

第４図：二お５八で、１０．２０はＰ　Ｗ　Ｍスイッチ
ングレギュレータ方式の直流入力直流定電圧出力の電、
Ｐユニット　（ＰＷＲ１，Ｐ％ＶＲ２）　、ｌ１ａ１、
ｌｂ、　２１ａ、　２１ｂは入力端子、１２ａ、　１２
ｂ、２２ａ、２２ｂは出力端子、１３．２３はカレント
バランス端子（ＣＢＩ。ＣＢ２）　、１４．２４は高周
波トランス　（Ｔ＞　、１５．　２５はスイッチング用
トランジスタ　（Ｔｒ）　　　１６．２６はカレントト
ランス（ＣＴ）　、１７．２７はスイッチング用トラン
ジスタの駆動パルス信号を発生するＰＷＭコントロール
Ｉ　Ｃ，，１８ａ、　２８ａは基準電圧と出力電圧との
比較回路（Ａ　Ｉ）　、１９．２９は各電源ユニットの
出力電圧の基準とブ＝る基準電圧（Ｅｌ、Ｂ２）、３０
は負荷を表わしている。

また、Ｒ１１〜Ｒ１３，、Ｒ２１〜Ｒ２３は抵抗器、Ｃ
Ｎ、　　Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２はコンデンサ、Ｌｌ、
Ｌ２はチョークコイル、Ｄ　ＩＩ−Ｄ、１３．　　Ｄ　
２１〜Ｄ２３は整流用のダイオード、ＰＯＴＩ、ＰＯＴ
２は出力電圧調整用の可変抵抗器を表わしている。

本従来例に示したＰＷＭスイッチングレギュレータ方式
の直流電源ユニットは周知の構成つものであり、その基
本的な動作説明は省略し、以下本発明に直接関係する並
列運転時の電流バランス動作につし）で説明する。

すプ＝わち、第５図は従来の電流バランス方式の動作原
理を説明するた狛の図であり、第４図の回路中の電流バ
ランス動作に直接関係する部分のみを示すものである。

なお、図中の記号Ｖ１、Ｖ、２はそれぞれの電源ユニッ
トの出力電流を検出して得られる電流検出信号電圧（第
４図中のカレン））ランス（ＣＴ）の出力電流を整流し
て得られる電圧）を電池に置き換えて表現したものであ
る。

以下、その動作について！！すする。

（１）　　先ず、二台の電源ユニット　（ＰＷＲＩ、Ｐ
ＷＲ２）　１０．２０の出力電圧が”ＶＧ　　１＝Ｖ０
２”となって、それぞれの出力電流が“Ｉ。

１−Ｉｏ２”となってバランスしている時は、出力電流
検出信号電圧も“Ｖ、１＝Ｖ、２”となっている。従っ
て、カレントバランス端子（ＣＢＩ、ＣＢ２）１３．２
３間の電流は“Ｉ、０″となる。

従って、二台の電源ユニー／　ト（ＰＷＲＩＰＷＲ２）
　１０．２０はそれぞれカレントバランス端子（ＣＢＩ
、ＣＢ２）１３．２３を接続していない時と同じ動作を
行なう。

（２）次に、電源ユニット　（ＰＷＲＩ）１０の出力電
圧が電源ユニッ）（ＰＷＲ２）２０の出力電圧よりも大
きい場合、すなわち“ＶＯ１＞ＶＯ２”の時は、出力電
流も“Ｉｏ　１＞ｒｏ　２”となる。従って、負荷電流
検出信号電圧も“Ｖ、１＞Ｖ、２”となり、カレントバ
ランス端子（ＣＢ２）２３からカレントバランス端子（
ＣＢＩ）１３に向かって電流が流れることになり、電源
ユニッ）　（ＰＷＲ１）１０内の抵抗器Ｒ１２の両端の
電圧Ｖ、ｌは上昇し、電源ユニッ）　（ＰＷＲ２＞−２
０内の抵抗器２２の両端の電圧Ｖア２は低下することに
なる。

従って、電源ユニッ）　（ＰＷＲ１）　１０てはその出
力電圧Ｖ。１を低下させ、逆に電源ユニット　（ＰＷＲ
２）２０では出力電圧Ｖｏ２を上昇させる方向に制御が
働く。

その結果、出力電流が“Ｉｏ　ｌ＝７．２”となるよう
出力電圧Ｖ。ｉ、Ｖｏ２が制御される。

（３）　　また、電源ユニット　（ＰＷＲＩ）１０の出
力電圧が電源ユニッ）（Ｐ’ｖＶＲ２）２０の出力電圧
よりも小さい場合、すなわち“Ｖｏｌ＜Ｖ。

２”の時は、上記（２）項と逆の動作となる。

かくして、出力電流のバランス力くとれた並列運転が実
現される。

［発明が解決しようとする課題。

以上説胡した従来の電源ユニットでは、その並列運転を
行なう際に、良好に電流バランスを取って運転できるの
であるが、下言己に示すごとき問題点がある。

すなわち、電流バランスを取って並列運転中に電源ユニ
ットの一台がダウンした場合である。

例えば、第５図に示す状態で電源ユニット（ＰＷＲ２）
が故障した場合を例に取ると、各電源ユニットの出力電
流は、“ＩＯ２＝Ｏ””ｔｏ　１＝ｌＲ”となり、また
、負荷電流検出信号電圧“１２−０”、ｖｌ　１は正常
時の倍の電圧とプ；る。

従って、カレントバランス端子（ＣＢ２）２３からカレ
ントバランス端子（ＣＢＩ）１３へ向かって大きな電流
１１が流れ、電源ユニット（ＰＷ　Ｒ１）　１０内の抵
抗器Ｒ１２１：Ｄ両端ノミ圧’ｖ’ａｌが上昇し、出力
電圧Ｖ。１は大幅に低下することになる。

このように、従来の電源ユニットでは電流バランス機能
を付加することにより、冗長運転の機能を失うことにな
ってしまっていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、二台の
電源ユニットを電流バランスを取って並列運転中に、一
方の電源ユニットが故障した場合にも、他の正常な電源
ユニットが独立して安定に負荷電流を供給し得る並列冗
長運転用直流電源装置の電流バランス方式を提供するこ
とを目的とする。

二課題を解決するための手段 本発明によれば、上述の目的は前記特許請求の範囲に記
載した手段により達成される。

すなわち、本発明は、４ヤ列冗長運転される各直流電源
装置ｊごは、それぞれの圧力電流を相互に通知し合う電
流バランス端子を有し、各電源装置では、該電流バラン
ス端子から通知される他の電源装置の出力電源信号に基
づき、自己の出力電流と他の電源装置の出力電流の平衡
を取るよう自己の出力電圧制御を行プ；う直流電源装置
の電流バランス方式において、 上記並列運転される各直流電源装置中には、電流バラン
ス端子から通知される信号により、自己の出力電流と他
の電源装置の出力電流とを比較した結果、自己の出力電
流の方が他の電源装置の出力電流よりも大きい場合には
、該仕較結果による出力電流平衡のだ約の出力電圧制御
を無効化し、自己の出力電流が他の電源装置の出力電流
よりも小さい場合にのみ、上記比較結果による出力電流
平衡のための出力電圧制御を実行する手段を設けた並列
冗長運転用直流電源装置の電流バランス方式である。

「作　用コ 本発明の並列冗長運転用の直流型Ｓ装置の電流バランス
方式においては、各電源装置は、電流バランス端子から
通知される他の電源装置の出力電流信号と、自己の出力
電流信号の比較を行ない、自己の出力電流の方が小さい
場合にのみ、他の電源装置の出力電流とバランスを取る
よう、自己の出力電圧を増加させるよう制御され、 自己の出力電流の方が大きい場合には、上記電流比較結
果による自己の出力電圧制御は行なわず、出力電圧は自
装置のみの出力電圧監視制御による初期設定値に維持さ
れる。

従って、二台の直流電源装置を電流バランスを取って並
列運転中に、一方の電源装置が故障等により停止した場
合にも、正常（こ残る電源装置は電流バランス動作を行
なうことなく、設定された出力電圧を維持し、負荷に対
して安定に電流を供給し続ける。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の回路構成を示す図であり、
第４図に示した従来のＰ’ｖＶＭスイッチングレギュレ
ータ方式の直流電源装置：二本発明を応用した例であり
、二台の電源ユニットを電流バランスを取りながら並列
運転する場合の例である。

第１図において、１８ｂ、２８ｂは比較回路（Ａ２）、
Ｒ１４〜Ｒ１７，Ｒ２４〜Ｒ２７は抵抗器、Ｄ１４Ｄ２
４はダイオードを表わしており、他の符号は第４図の場
合と同様である。

また、第２図は本発明の実施例の動作原理を説明するた
めの区であり、第１図の実施例回路中の本発明の動作に
直接関係する品分を示すものである。

ブ；お、第２ｙ中の記号Ｖ、１．Ｖ、２は、第５図の場
合と同様にそれぞれの１ｉ源ユニー７　）の出力電流を
検出して得られる電流検出信号電圧である。

以下、本実施例の動作を第２図に基づき税関する。

最初に、二台の電源ユニッ）（ＰＷＲｌ　ＰＷＲ２）　
１０．２０の出力電圧Ｖｏ　　ｌ、Ｖｏ　２を、それぞ
れのカレントバランス端子（ＣＳ＋　　ＣＢ２）１３．
２３を接続し５；５１状態で、すなわち比較回路（Ａ２
）　１８ｂ、　２８ｂの出力電圧Ｖｃ　１■Ｃ２が低レ
ベル電圧となり、ダイオードＤ１４Ｄ２４がカットオフ
し自己の出力電圧のみを監視制御しでいる状態で、可変
抵抗器ＰＯＴ１．Ｐ○Ｔ２を調整して電圧設定（例えば
、＋５．ＯＶ）を行−二っておく。

次に、カレントバランス端子（ＣＢＩ　　ＣＢ２）　１
３．２３を相互に持続した場合の動作を説明する。

〔１）先ず、二台の電源ユニット（ＰＷＲｌ、ＰＷＲ２
）　１０．２０の出力電圧が、”Ｖ、＋＝Ｖ。

２”となって、それぞれの負荷電流がバランスしている
時は、負荷電流検出信号電圧は“Ｖ、Ｉ＝Ｖ、２”とな
り、カレントバランス端子（ＣＢ１．ＣＢ２）１３．２
３間を流れる電流は“Ｊ、＝０”となる。

従って、各電源ユニ７ト　（ＰＷＲｌ、ＰＷＲ２）　１
０．２０の比較回路（Ａ２）　１８ｂ、　２８ｂの入力
端子は、 Ｖ、　　１　＝Ｖ５　１　＞■ｓ　２ ■、２＝Ｖｓ　３＞ＶＳ２ とブＪす、比較回路（Ａ　２）　ｊａｂ、　２８ｂの出
力電圧はそれぞれ低レベル電圧となり、ダイオードＤ］
４．Ｄ２４はそれぞれカットオフ状態となり、二台の電
源ユニッ）　（ＰＷＲｌ、ＰＷＲ２＞１０．２０はカレ
ントバランス端子を接続していない時と同じ動作を行な
う。

（２）　　次に、電源ユニット　（ＰＷＲ１’）　１０
の出力電圧が電源ユニッ）（ＰＷＲ２）２０の出力電圧
よりも大きい場合、すなわち“ＶＯＩ＞ＶＯ２″の場合
は、各電源ユニットの出力電流は“Ｉｏｌ＞Ｉｏ２″と
なり、負荷電流検出信号電圧は“Ｖｌ　ｉ＞Ｖ＋　２”
となり、カレントバランス端子（ＣＢＩ）１３からカレ
ントバランス端子（ＣＢ２）２３に向かって電流１１が
流れる。

従って、電源ユニッ）　（ＰＷＲ１）　１０内では比較
回路（Ａ２）１８ｂの入力端子が、“Ｖ。

１＞Ｖｓ２”となり、該比較回路（Ａ２）１８ｂの出力
電圧Ｖｃ　１は低レベル電圧となり、ダイオードＤ１４
はカットオフ状態となり、カレントバランス端子（ＣＢ
Ｉ）１３からの信号は無効となり、該カレントバランス
端子（ＣＢｌ）１３を持続しない状態と同様の動作を行
なう。

一方、電源ユニット　（ＰＷＲ２＞２０内では、比較回
路（Ａ２）２８ｂの入力電圧が“Ｖｓ３＜　Ｖ　ｓ　４
　”となり、該比較回路（Ａ２）２８ｂの出力電圧Ｖ。

２は高レベル電圧となり、ダイオードＤ２４が導通状態
となり、比較回路（Ａ１）２８ａの非反転入力端子電圧
（該電圧が出力電圧の基準となる）を上昇させる。

この結果、電源ユニツ）（ＰＷＲ２）２０の出力電圧Ｖ
。２が上昇し、その出力電流Ｉ。

２が増加することになる。

こうして、“ｒ、　　１＝ｉｏ　２” 出力電圧Ｖ。２が制御される。

（３）　　また、各電源ユニットの出力電圧が、“Ｖ。

１＜Ｖｏ　２”の時は、上記（２）項とは逆の動作で、
“Ｉｏｌ＝Ｉｏ２”となるように電源ユニット（ＰＷＲ
Ｉ）１０の出力電圧Ｖｏ１を上昇させ、Ｎｏ　　１＝ｒ
ｏ　　２−とする。

（４）　　次に電源ユニット　（ＰＷＲ２）２０がダウ
ンした場合の冗長動作について説明する。

この場合は、負荷電流検出信号電圧Ｖ、　２は０　（ゼ
ロ）となり、Ｖ、１は正常値の倍の電圧となる。

と−；るよう、 従って、カレントバランスｉ子（ＣＢ　１）　１３から
カレントバランス端子（ＣＢ２）２３に向がって電流が
流れるため、電源ユニット（ＰＷＲｌ）１０内の比較回
路（Ａ２）１８ｂの入力端子はＶｓｌ＞Ｖｓ２となり、
該比較回路（Ａ２）１８ｂの出力電圧は低レベルとなる
。従って、ダイオードＤ１４はカットオフ状態となりカ
レントバランス端子（ＣＢＩ）１３の信号に影響される
ことなく、電源ユニット（ＰＷＲＩ）１０の出力電圧は
初期設定値（＋５．ＯＶ）に保たれる。

このように、電源ユニット　（ＰＷＲ２）２０が停止し
ても、負荷電流が電源ユニッ）　（ＰＷＲｌ）１０の定
格出力電流以内であれば、正常に動作し続けることにな
る。

［発明の効果］ 以上発明したごとく、本発明の直流電源装置の電流バラ
ンス方式を用いることにより、直流電源装置を並列運転
中に、一方の電源装置が故障等により機能を停止した場
合にも、他の正常な電源装置はその電流バランス機能を
停止して・出力電圧を規定値に維持しつり全色８電流を
供給することができ、並列冗長運転が達成される。

従って、信頼性の高５為電源装置を構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成を示す図、第２図
は本発明の実施例の動作原理を説明するための図、第３
図は電源ユニットの並列冗長運転について説明する図、
第４図は従来の並列運転される電源ユニー／）の回路構
成を示す図、第５図は従来の電流バランス方式の動作原
理を説明するための図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 並列冗長運転される各直流電源装置には、それぞれの出
   力電流を相互に通知し合う電流バランス端子を有し、各
   電源装置では、該電流バランス端子から通知される他の
   電源装置の出力電流信号に基づき、自己の出力電流と他
   の電源装置の出力電流の平衡を取るよう自己の出力電圧
   制御を行なう直流電源装置の電流バランス方式において
   、 上記並列運転される各直流電源装置中には、電流バラン
   ス端子から通知される信号により、自己の出力電流と他
   の電源装置の出力電流とを比較した結果、自己の出力電
   流の方が他の電源装置の出力電流よりも大きい場合には
   、該比較結果による出力電流平衡のための出力電圧制御
   を無効とし、 自己の出力電流が他の電源装置の出力電流よりも小さい
   場合にのみ、上記比較結果による出力電流平衡のための
   出力電圧制御を実行する手段を、 設けたことを特徴とする並列冗長運転用直流電源装置の
   電流バランス方式。