JPH05137256A

JPH05137256A - 電源装置及び監視回路

Info

Publication number: JPH05137256A
Application number: JP3300482A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Saito; 成一斉藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 1993-06-01
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2817747B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高信頼電源を小型低価格に実現するとともに
停電時を含めて電源ダウン時でもダウン時オンとなるア
ラーム回路を内蔵し、かつ品質管理上出力電圧を容易に
変更可能とする。【構成】複数の電源ユニットの出力部分にダイオード
を直列に挿入し、定格出力容量をｎ台（ｎ≧２）のユニ
ットで供給できるようにして、冗長電源全体では（ｎ＋
１）台の構成とした。また、ダウン時のアラーム検知回
路に抵抗、ツェナーダイオード、ノーマルオン型ＦＥＴ
ホトカプラを直列に接続する回路構成とした。さらに、
各電源ユニットのパルス幅制御回路とスイッチング回路
間にスイッチとＡＮＤ回路を挿入して出力を停止できる
ようにするとともに各電源ユニットの短時間定格電流を
大きくとって電圧調節可能とした。【効果】装置の大きさと価格の大幅低下可能、停電を
含めダウン時でも正しくアラーム出力可能、容易に電圧
調節可能。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンピュータや通信
機器などに使用される信頼性の高い電源装置等に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の冗長電源装置の構成図であ
り、図において１はＡＣ１００ＶをＤＣ電圧にする整流
・平滑回路、２はこのＤＣ電圧をスイッチングしてパル
ス電圧とするスイッチング回路、３はパルス電圧を再び
ＤＣ電圧とする整流・平滑回路、４はスイッチング回路
２に作用して、パルス電圧のパルス幅を制御することに
より出力電圧を制御するパルス幅制御回路、５は整流・
平滑回路３の出力電圧と基準電圧６（Ｖｒｅｆ）とを比
較して誤差増幅する誤差増幅回路、７は冗長運転時、片
方の故障が最終出力電圧ライン１０に影響しないように
するためのダイオード、そしてこれらの回路により構成
される電源ユニット８が２台その入力ライン９および出
力ライン１０を共通に接続することにより冗長電源装置
が構成される。また、図７は図６の冗長電源装置におい
て、各電源ユニットの出力が正常かどうかを監視する回
路の構成図を示したものであり、Ｒ１、Ｒ２は抵抗器、
Ｚ_D はツェナーダイオード、ＴＲ１はトランジスタ、１
２は比較器であり、ａ点が図５においてライン１１に接
続される。

【０００３】次に動作について説明する。図６におい
て、商用電源などのＡＣ１００Ｖはライン９により各電
源ユニット８の整流・平滑回路１に入力され、ＤＣ電圧
に変換される。パルス幅制御回路４は、整流・平滑回路
３による整流平滑後の出力電圧ライン１１の電圧値が規
定の基準電圧（Ｖｒｅｆ）よりも大きな値となったとき
には誤差増幅回路５からの信号によりパルス幅を狭く、
逆に規定の基準電圧（Ｖｒｅｆ）よりも小さな値となっ
たときにはパルス幅を広くする制御を行ない、スイッチ
ング回路２によって上記ＤＣ電圧をスイッチング動作さ
せる働きをする。このスイッチング回路２から出力され
るパルス電圧は、整流・平滑回路３で再びＤＣ電圧とな
るが、このＤＣ電圧は実効的にパルス幅が広い時には高
い電圧、パルス幅が狭い時には低い電圧となってライン
１１に現われる。誤差増幅器５はライン１１の電圧と規
定の基準電圧（Ｖｒｅｆ）とを比較して規定の基準電圧
（Ｖｒｅｆ）よりライン１１の電圧が高ければ正の方向
へ、逆に低ければ負の方向へ出力するもので、上記パル
ス幅制御回路４のパルス幅を制御する機能をもつ。各電
源ユニット８は出力部分でお互いにライン１０で接続さ
れ、片方の電源ユニットがダウンした場合でも、もう片
方の電源ユニットから出力が供給されるため全体として
ライン１０の出力電圧は正常のまま各種論理回路などＤ
Ｃ負荷へ電流を送ることが可能であり、高信頼性の冗長
電源が構成できる。また、この冗長電源をさらに運用上
信頼性をさらに高めるため、片方の電源ユニットがダウ
ンしたことをオペレータ等に知らせ、ダウンした電源ユ
ニットを正常な電源に変換することが行なわれることが
多い。このためには、各電源の出力電圧を監視しておく
必要があるが、この監視回路の構成を示したものが図７
である。図７において、ａからの電圧がツェナーダイオ
ードＺD の両端の電圧より高い場合は、比較器１２の出
力は”Ｌ”となりトランジスタＴＲ１はカットオフ状
態、逆にａからの電圧が低い場合は比較器１２の出力
は”Ｈ”となりトランジスタＴＲ１はオン状態となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の冗長電源装置は
以上のように構成されているので、各電源ユニットはＤ
Ｃ負荷の電流を供給できる定格容量を持たねばならず、
定格容量の２倍の大きさの電源装置となり寸法が大きく
なり価格が高くなる問題があった。また、各電源ユニッ
トのダウンを検出する回路は、その検出する回路自身へ
供給する電圧がダウンした場合は正しく動作しなくな
り、外部から監視する場合の障害となっていた。さら
に、従来の冗長電源装置の各電源ユニットの出力部分は
お互いに接続されているため各電源ユニット内で出力電
圧を調節しても出力電圧を直接変更できないので、出力
調節が不可能であった。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、高信頼性を確保したままで、電
源装置の大きさを非冗長電源に比べ１．５倍もしくはそ
れ以下の大きさとすることを目的とする。また、各電源
ユニットのダウンの検出が電源装置のダウンした場合で
もできるようにすることを目的とする。また、電源装置
の出力電圧を容易に調節可能として、ＤＣ負荷の電圧マ
ージンチェックなど品質管理レベルを上げることができ
るようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る電源装
置は以下の要素を有するものである。（ａ）少なくとも各定格容量の合計が、負荷が必要とす
る定格容量以上となる複数の非冗長電源ユニット、
（ｂ）上記複数の非冗長電源ユニットとは異なる電源ユ
ニットであって、上記非冗長電源ユニットの各定格容量
のなかの最大容量以上の定格容量を有する冗長電源ユニ
ット、（ｃ）上記複数の非冗長電源ユニットと冗長電源
ユニットの入力側同志と出力側同志をそれぞれ接続した
入力ラインと出力ライン。

【０００７】第２の発明に係る監視回路は以下の要素を
有するものである。（ａ）監視するラインに接続された抵抗器、（ｂ）上記
抵抗器に接続されたダイオード、（ｃ）上記ダイオード
に接続されたホトカップラ。

【０００８】第３の発明に係る電源装置は、以下の要素
を有する電源ユニットを複数接続したものである。（ａ）電源ユニットの動作を制御するスイッチ手段、
（ｂ）電源ユニットの出力電圧を調節する調節手段。

【０００９】

【作用】第１の発明における電源装置は、非冗長電源を
ｎ台（ｎ≧２）として、少なくとも１台の冗長電源を付
加したものであり、負荷に供給するための出力電力をｎ
台の出力合計でまかない、このｎ台の非冗長電源のうち
１台が故障したときにバックアップとなる少なくとも１
台の冗長電源を備えている。非冗長電源が２台のとき冗
長電源は１台付加され、電源装置は１．５倍（３／２
倍）の大きさになる。また、非冗長電源が３台のとき冗
長電源は１台付加され、電源装置の大きさは１．３３倍
（４／３倍）になる。

【００１０】第２の発明における監視回路は、抵抗器、
ダイオード、ホトカップラを直列に接続したので、電源
供給がない状態でも監視回路が正常に信号を送出でき
る。

【００１１】第３の発明における電源装置は、共通に接
続された複数の電源ユニットの中からスイッチによりひ
とつの電源ユニットを動作させることができ、この電源
ユニットの出力電圧を調節手段により調節する。このよ
うにして、他の電源ユニットを順次スイッチにより選択
してゆくことにより、各々の出力電圧の調節が可能とな
る。

【００１２】

【実施例】実施例１．以下第１の発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１において、電源ユニット８の内部
１〜７の構成は従来例（図６）と同一であり、その説明
を省略する。この実施例では、ＡＣ１００Ｖ入力ライン
９およびＤＣ出力ライン１０を共通とした電源ユニット
８（各出力定格５０Ａ）を３台並列に接続し、出力定格
１００Ａの冗長電源装置を構成している。電源ユニット
のうちいずれか１台がダウンして出力ライン１１の電圧
が低下した場合、他の２台からＤＣ負荷に電流が供給さ
れるため出力ライン１０の電圧は正常値を保つことが可
能となる。すなわち、各電源ユニットは５０Ａの定格出
力容量があるため、３台の電源ユニットで最大１５０Ａ
の電流供給が可能であるが、電源装置としての定格容量
を１００Ａ（ＤＣ負荷を１００Ａ以下）とすることによ
って１台の電源がダウンしても全体として正常の出力が
供給される冗長電源として動作するものである。

【００１３】なお、図１では３台とも出力定格が５０Ａ
の場合を示したが、図２のように、出力定格が６０Ａ、
４０Ａ、６０Ａの電源ユニット８ａ、８ｂ、８ｃの場合
でもよい。この場合は非冗長電源ユニット８ａ、８ｂに
より定格容量１００Ａを供給し、非冗長電源ユニット８
ｃにより、非冗長電源ユニット８ａ、８ｂのいずれかの
ダウンをカバーするため、非冗長電源ユニット８ｃの出
力定格は非冗長電源ユニット８ａ、８ｂのうちの最大出
力定格以上の出力定格をもてばよいことになり、この場
合は６０Ａの出力定格としている。このように、６０
Ａ、４０Ａ、６０Ａで構成する場合、いずれかひとつが
ダウンしても１００Ａ以上を常に供給することができ
る。

【００１４】以上のように、この実施例では、ＡＣ電圧
をＤＣ電圧に変換するスイッチング型電源ユニットにお
いて、出力部分に直列にダイオードを挿入して故障時に
出力部分に電流に回り込みをなくすようにして冗長電源
装置を構成し、定格出力容量に対してｎ台（ｎ≧２）の
電源ユニットで電流供給可能となるように電源ユニット
の定格容量を設定し、冗長分を含め全体では（ｎ＋１）
台の電源ユニットで構成されるようにした冗長電源装置
を説明した。このように、冗長電源ユニットを（ｎ＋
１）台として、電源装置の定格出力を電源ユニットが３
台のとき電源ユニット２台分で供給し、電源ユニットが
４台のとき３台分で供給できるようにすることにより電
源装置の大きさを小さくする。なお、この例では、冗長
電源ユニットを１台とする例を示したが、冗長電源ユニ
ットを複数台としてもよい。

【００１５】実施例２．次に、第２の発明に係る監視回
路の一実施例について説明する。図３において、１〜７
の構成は従来例（図６）と同様であり、その説明を省略
する。この実施例では各電源ユニット８の状態を監視す
るため低電圧検知回路１４を各電源ユニットに内臓する
とともに、冗長電源装置の出力ライン１０にも低電圧検
知回路１４（監視回路の一例）を設ける。この低電圧検
知回路１４の構成は図４に示され、抵抗器Ｒ３、ツェナ
ーダイオードＺ_D2、ノーマルオン型ＦＥＴホトカップラ
１５で構成される。低電圧検知回路１４は、抵抗器Ｒ
３、ツェナーダイオードＺ_D2、ノーマルオン型ＦＥＴホ
トカップラの１次側ＬＥＤが直列に接続されているた
め、ａ点の電圧が（Ｚ_D2ツェナーダイオード）＋（ＬＥ
Ｄの順方向電圧）よりも小さくなるとＬＥＤに電流が流
れなくなるため、ノーマルオン型ＦＥＴホトカップラの
２次側出力ｂはオンとなる（オンの状態が低電圧検
知）。また、これらの動作はａ点の電圧が０であっても
正しく２次側出力ｂはオンとなり、これらの回路は他に
ＤＣ電圧供給が不要であるため、電源ユニットの出力電
圧ダウン時および冗長電源装置の出力ダウン時であって
も正しく低電圧検知ができる。

【００１６】以上のように、この実施例では、冗長電源
装置の出力電圧監視回路の構成を抵抗器、ツェナーダイ
オードおよびノーマルオフ型ＦＥＴホトカップラの１次
側ＬＥＤを直列に接続し、この出力電圧監視回路を各電
源ユニットの出力部分に接続して各電源ユニットの監視
を行うとともに、各電源ユニットの出力を並列に接続し
た部分にも該出力電圧監視回路を設けて冗長電源全体の
監視も行うようにした冗長電源装置を説明した。このよ
うに、出力電圧監視回路にツェナーダイオードとノーマ
ルオン型ＦＥＴホトカップラを使用すると電源供給が全
くない状態でも正常に信号を送出できるようになる。

【００１７】実施例３．次に、第３の発明に係る電源装
置の一実施例を説明する。図５において、１〜７の構成
は従来例（図６）と同様であり、その説明を省略する。
この実施例では各電源ユニットの出力を停止させるため
のスイッチＳＷおよびスイッチの状態を電気信号にする
ための抵抗器Ｒ４、ＡＮＤ回路１６の構成とし、電圧調
整用可変抵抗器ＶＲにより各電源ユニットの出力電圧を
可変できるようにしている。電圧調節方法は以下の通り
である。電圧調節を行なう電源ユニット以外のユニット
の出力を停止させるためスイッチＳＷをオンとする。ス
イッチＳＷをオンとするとＡＮＤ回路１６の片方の条件
が成立しなくなるためＡＮＤ回路の出力が常に”Ｌ”と
なり、スイッチング回路２は停止する。他の電源ユニッ
トが停止しているので、電源出力電圧ライン１０の電圧
は電圧調節を行う電源ユニットの出力だけに依存し、電
圧調節用可変抵抗器ＶＲを可変させ任意の出力電圧値に
認定できる。次に他の電源ユニットのスイッチＳＷをオ
フとして、電圧調節の完了した電源ユニットのスイッチ
ＳＷをオンとする。そして、上記と同様に電圧調節を行
ない、順次すべての電源ユニットに電圧調節を行なって
いき冗長電源装置の電圧調節が完了する。なお、各電源
ユニットは電圧調節の間１台だけで運転をすることにな
るが、この状態でも出力に電圧が供給されるよう（過電
流状態で出力電圧が低下しないよう）短時間の出力電流
容量を大きく、本実施例では連続定格５０Ａに対し短時
間定格を１００Ａとしている。

【００１８】以上のように、この実施例では、冗長電源
装置の出力電圧を調節するために各電源ユニットのスイ
ッチング回路とパルス幅制御回路間にＡＮＤ素子とその
ＡＮＤ素子をゲーティングしてスイッチング回路へのパ
ルスをブロックするためのスイッチを設け、電圧調節す
る電源ユニット以外の電源ユニットを停止させるととも
にこの状態でも一時的に定格電流が供給できるように各
電源ユニットの短時間定格電流を連続定格電流より大き
な値とするようにした冗長電源装置を説明した。

【００１９】このように、各電源ユニットを短時間の間
は定格電流を越えても正常に出力するような設計とする
とともにスイッチングにより動作を止める手段を設ける
ことにより共通接続された複数の電源ユニットの各々に
ついて出力電圧を調節できるようになる。

【００２０】実施例４．なお、上記実施例で示したスイ
ッチＳＷは、スイッチ手段の一例であり、電源ユニット
８の動作のオン／オフ、あるいは、出力ライン１１の出
力のオン／オフを制御するスイッチ手段ならどのような
ものでもよい。また、可変抵抗器ＶＲは、調節手段の一
例であり、可変抵抗器ＶＲはその他の位置に用いてもよ
いし、他の調節手段でもかまわない。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば電源
ユニットを２倍設けるのではなく３台以上設けて冗長構
成時の大きさを小さくすることができ、装置が安価にで
きる。

【００２２】また、第２の発明によれば、低電圧検知回
路にダイオードとノーマルオン型ＦＥＴホトカップラを
使用したので異常時のアラーム出力が確実となる。

【００２３】そして、第３の発明によれば、スイッチ手
段を設け、電源ユニットを選択して出力電圧を調節する
ことが可能となり、高度な品質管理が可能となる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例による冗長電源装置の構
成図（電源ユニット構成図）。

【図２】第１の発明の他の実施例による冗長電源装置の
構成図。

【図３】第２の発明の一実施例による冗長電源装置の構
成図（アラーム出力方法）。

【図４】第２の発明の一実施例による低電圧検知回路の
構成図。

【図５】第３の発明の一実施例による電源出力電圧調節
方法を含む冗長電源装置の構成図。

【図６】従来の冗長電源装置の構成図。

【図７】従来の低電圧検知回路の構成図。

【符号の説明】

８電源ユニット８ａ、８ｂ非冗長電源ユニット８ｃ冗長電源ユニット１４低電圧検知回路（監視回路の一例）ＳＷスイッチ（スイッチ手段の一例）ＶＲ可変抵抗器（調節手段の一例）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の要素を有する電源装置（ａ）少なくとも各定格容量の合計が、負荷が必要とす
る定格容量以上となる複数の非冗長電源ユニット、（ｂ）上記複数の非冗長電源ユニットとは異なる電源ユ
ニットであって、上記非冗長電源ユニットの各定格容量
のなかの最大容量以上の定格容量を有する冗長電源ユニ
ット、（ｃ）上記複数の非冗長電源ユニットと冗長電源ユニッ
トの入力側同志と出力側同志をそれぞれ接続した入力ラ
インと出力ライン。
【請求項２】以下の要素を有する監視回路（ａ）監視するラインに接続された抵抗器、（ｂ）上記抵抗器に接続されたダイオード、（ｃ）上記ダイオードに接続されたホトカップラ。
【請求項３】以下の要素を有する電源ユニットを複数
有し、その入力側と出力側を共通に接続した電源装置（ａ）電源ユニットの動作を制御するスイッチ手段、（ｂ）電源ユニットの出力電圧を調節する調節手段。