JPH05236680A - Ｎ＋１電力供給システム - Google Patents

Ｎ＋１電力供給システム

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JPH05236680A
JPH05236680A JP30412992A JP30412992A JPH05236680A JP H05236680 A JPH05236680 A JP H05236680A JP 30412992 A JP30412992 A JP 30412992A JP 30412992 A JP30412992 A JP 30412992A JP H05236680 A JPH05236680 A JP H05236680A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 システムを中断せずに欠陥コンバータの除去
及び置換を可能とするＮ＋１電力供給システムを提供す
ること。 【構成】 複数の並列接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ
１１、１３、１５が提供され、各コンバータ１１、１
３、１５の出力電圧が減結合ダイオード１７、１９、２
１の電源側で検知され、これによって各コンバータが独
自の検知ループによって作動することを可能とされ、コ
ンバータが除去され他のコンバータと置換される時にフ
ィードバックループは開かない。各並列接続されたＡＣ
／ＤＣコンバータ１１、１３、１５は、ＡＣライン電圧
の変化とは無関係にプリセットされた最大電力を供給す
るように設計されている。電力を制限するため、制御電
圧が平均入力がＡＣライン電圧とは反比例され、ＡＣ／
ＤＣコンバータの出力電圧は負荷の関数として変化され
る。従って、全ての並列コンバータが常時負荷に電力を
供給すること許容する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷に供給する並列動
作のいくつかの電力コンバータを有する電力供給システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】並列コンバータの出力は、通常は、減結
合ダイオードを介して共にシステム負荷に結合され、こ
れによって、故障したコンバータを介する逆電流は回避
されることができる。並列電源は冗長性を提供するため
に使用されることができるが、シングルコンバータは負
荷電力が必要とするものを供給できない。並列コンバー
タ用の出力電圧フィードバック信号は、正確な電圧調整
を行うように減結合ダイオードの負荷側から供給され
る。
【０００３】負荷電圧を、フィードバック信号として、
全ての並列コンバータに対して使用することによる問題
の一つは、個々のコンバータにおける最少のコンバータ
回路の構成部品の変動によって、各コンバータの出力電
圧も異なってくることにある。最高出力電圧を有するコ
ンバータは、減結合ダイオードに順方向バイアスをかけ
る。減結合ダイオードの順方向ドロップを除けば、この
コンバータの出力は他の並列のコンバータのための調整
電圧となる。この調整電圧は、他のコンバータには過電
圧の表示として現れ、次いで他のコンバータの出力を減
少させる。一定状態のままであるフィードバック電圧を
用いると、他のコンバータの出力電圧はゼロに下がる。
一つ以上のユニットがまだ機能している間、これは誤っ
た指示を示すであろう。いづれかの検知素子における僅
かの変動でさえも一つ以上のコンバータを遮断させてし
まうので、コンバータの構成部品における精密度はこの
問題の解決にはならない。いくつかのシステムでは、コ
ンバータは遮断から保護され、かつこれらのコンバータ
が負荷へ電力を供給しないアイドル（休止）モードに保
たれる。
【０００４】並列コンバータを使ったいくつかの電力供
給においては、各コンバータの出力電流が検知される。
各コンバータのための出力電圧における補正は、各電源
が等しい電流を送るまで、複雑な回路によって行われ
る。全ての並列コンバータは相互接続され、かつ適切な
動作のために互いに依存し合う。ホットプラグインと呼
ばれる、システムの動作中に故障したコンバータの取り
替えは不可能である。コンバータと複雑な回路の間のク
ロスケーブリング（交差配線）のために、このタイプの
並列電力供給システムの修理及びメンテナンスは困難で
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シス
テムを遮断することなく、欠陥コンバータの除去及び置
換を可能とする並列電力供給システムを提供することに
ある。
【０００６】本発明の他の目的は、いづれの電力コンバ
ータもシステムの全体動作に影響を与えることなく遮断
され得る並列電力供給システムを提供することにある。
【０００７】本発明のさらに他の目的は、各コンバータ
が負荷に電力を供給する並列の電力供給システムを提供
することにある。
【０００８】本発明のさらに他の目的は、回路の複雑性
を低減した並列の電力供給システムを提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】減結合ダイオードを介し
て負荷に結合された複数の並列の電力コンバータが提供
される。各コンバータの出力電圧は、減結合ダイオード
の電力供給側で検知される。この特徴は、コンバータの
各々を、それ自体の検知ループで動作させ、結果的に、
従来の技術と同様、フィードバックループは決してオー
プンしない。各コンバータの出力電圧のミスマッチの最
悪ケースの状態においては、減結合ダイオードは非常に
軽い負荷状態に対して逆バイアスされることもあり、ま
た減結合ダイオードは負荷に対してどんな電力をも供給
しない。しかしながら、電源はパワーオンされたままで
ありかつターンオフされない。分散された電源タイプの
システムに対しては、ダイオードドロップの変動は電圧
調整における主要要因ではない。
【００１０】並列接続されたＡＣ／ＤＣコンバータの各
々は、ＡＣライン電圧変動とは無関係の予めセットされ
た最大電力を提供するように設計されている。電力リミ
ット回路は、バルク入力コンデンサを有している、又は
有していないバルク又はブースト等のあらゆるタイプの
トポロジ（位相）に対して使用可能である。各コンバー
タによって供給される電力を限定するために、制御電圧
は、平均入力ＡＣライン電圧に反比例される。これは正
確な、即ち区分的線形近似によって行われることができ
る。
【００１１】バルクレスタイプのコンバータ（高電力フ
ァクタースイッチャー）に対しては、出力電圧は有効量
のリップルを有している。このリップルは、最も重い負
荷を支持するコンバータには大きい。これは、低位電圧
を有するコンバータが、リップルの谷間で電力を供給す
ることを許容する。並列接続されているバルクレスのＡ
Ｃ／ＤＣコンバータが３−位相ＡＣラインの個々の位相
によって供給されるならば、種々のコンバータのための
出力リップルの谷間は、異なる瞬間に生じるであろう。
これはタイムシェア（時間配分）された電力供給システ
ムのアーキテクチュアのケースと同様である。これは、
出力ＤＣ電圧レベルが、構成部品の許容度によって僅か
に互いに異なることもある種々のコンバータの出力のリ
ップル高含有量によって可能である。
【００１２】供給された電力に対しては、出力電圧は正
確でなくてもよい。ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は
負荷の関数として変化させられる。この特徴は、並列の
種々のコンバータが常時に負荷を供給することを許容す
る。その時の他の並列のコンバータのすべてがアクティ
ブであって、かつシステムへ電力を供給したために、並
列接続されたコンバータの一つが故障した場合、この技
術が、突然の過渡負荷が当たるの（ヒット）を防止す
る。
【００１３】
【実施例】図面、特に図１を参照すると、一つ以上の電
源が負荷電力を供給するために使用されている在来の従
来の技術の冗長電力供給システムが示されている。電源
１、２、．．．Ｎの各々はＡＣ（交流）入力に接続さ
れ、かつ減結合ダイオードＣＲ１、ＣＲ２、．．．ＣＲ
Ｎを介して負荷に電力を供給する。フィードバック信号
は電圧調整のために、出力負荷ＲＬＯＡＤから各電源へ
戻るように結合される。
【００１４】上記のアプローチによる問題は、並列の電
源の各々が同一の出力システムのバス電圧によって調整
されることにある。構成部品の許容差によって、すべて
の出力電圧は同一の出力電圧にはならない。最高電圧を
有するコンバータは減結合ダイオードを順方向バイアス
する。減結合ダイオードの順方向降下（ドロップ）を除
いたこのコンバータの出力は、他の並列のコンバータの
ための調整電圧となる。他のコンバータへのフィードバ
ック電圧は過電圧の指示として現れ、これによって、こ
れらのコンバータの出力電圧を低減させる。フィードバ
ック電圧が一定状態にあると、他のコンバータの各々の
出力電圧はゼロヘ下がる。これは、一つ以上のユニット
がまだ機能している間、故障の誤った指示を提供し得
る。検知素子のいづれか一つにおける極少の変動が、一
つ又は他のコンバータを遮断させることができるので、
コンバータの構成部品におけるいかなる精密な許容差も
この問題の解決にはならない。並列のコンバータが遮断
しないように、ある回路変更によるこれらのタイプの技
術は、一般的には、並列の電源の故障の場合のバックア
ップ電源として使用される。これは、冗長電力供給シス
テムには好適である。
【００１５】図２は、本発明のＮ＋１電力供給システム
の、所望される特徴を実行するために使用される回路の
好ましい実施例のブロック図を示している。ＤＣ／ＤＣ
（直流−直流）コンバータ又はＡＣ／ＤＣ（交流−直
流）コンバータであってもよいＮ＋１のスイッチモード
電力コンバータは、ＡＣ電源（図示されてない）に接続
されているＡＣ／ＤＣコンバータ１１、１３、及び１５
として示されている。これらのコンバータは、従来のフ
ィルタコンデンサ又はバルクコンデンサを有するバック
又はブーストスイッチモード電力コンバータであっても
よい。高周波のコンデンサは、任意の高周波成分を除去
するが、任意の適切な記憶能力又はＡＣリップルの除去
を行わないように使用される。各コンバータがバックア
ップを有する冗長電力供給システムとは全体的に異な
り、Ｎ＋１電力供給システムにおいては、少なくともＮ
個のコンバータが全システムの負荷電力を供給するのに
必要とされる。図２において、Ｎは２個に等しいが、し
かしながら、ここでＮは１個以上の任意の数であっても
よい。コンバータの１１、１３、及び１５の各出力は、
減結合ダイオード１７、１９、及び２１のそれぞれを介
して抵抗２３によって示されている共通負荷に接続され
ている。フィードバックループはコンバータの各々に接
続され、かつ減結合ダイオードの供給側のコンバータの
出力電圧を検知する。出力電圧は、直列接続抵抗２５及
び２７を含む電圧デバイダを介して接地されている。抵
抗２５及び２７の接合部は、演算増幅器３３の反転入力
への抵抗３１に接続される。基準電圧（ＶREF ）３５
は、接地と演算増幅器３３の非反転入力端子との間に接
続される。反転入力と演算増幅器３３との間で接続され
ているのは、抵抗３７と、直列接続された抵抗４１及び
安定化コンデンサ４３の並列の組み合わせである。図３
により詳細に示されている電力リミット回路４５は、Ａ
Ｃ入力に接続され、次いで電圧制御信号Ｖｃを供給する
ように演算増幅器３３の出力と結合される。
【００１６】図３によれば、制御電圧とこの制御電圧と
ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の相互接続の軌道の二つの部
分の線形近似を実行するための電力リミット回路４５が
示されている。全波整流入力のＡＣ電圧は、抵抗と、抵
抗５３と並列接続されているコンデンサ５５との直列結
合によって検知される。抵抗５７に直列接続されている
ツェナーダイオード６１は、抵抗５３とは並列接続され
ている。ツェナーダイオードのカソード（陰極）は、抵
抗の接合部に接続されている。抵抗６３は、抵抗５１と
５３との結合部と演算増幅器６５の反転入力との間に接
続されている。基準電圧６７は、抵抗５３と５７の共通
接合部と、演算増幅器６５の非反転入力との間に接続さ
れている。フィードバック抵抗７１は、反転入力端子と
演算増幅器の出力との間に接続されている。演算増幅器
６５の出力と演算増幅器３３の出力は、ＡＣ／ＤＣコン
バータ１１の一部であるパルス幅モジュレータ７３に接
続される制御電圧を供給するように共に接続されてい
る。
【００１７】作動において、図２の回路は、減結合ダイ
オード１７、１９、及び２１の前のポイントから負荷電
圧を検知する。これは、各コンバータが、それ自体が検
知した出力電圧下で作動するが、共通のシステムのバス
電圧へは作動しないことを可能とさせる。一方、減結合
ダイオードがフィードバックループの一部ではないた
め、フィードバックループが決して開かないので、いづ
れの並列のコンバータの遮断をも回避する。フィードバ
ックループにおける基準電圧３５は、フィードバック制
御信号を生成するように演算増幅器３３の出力電圧と比
較される。
【００１８】バックアップ電源が、負荷を供給するため
に必要とされる各電源に設けられるところの冗長電力供
給システムとは異なって、Ｎ＋１のシステムは、全シス
テム負荷電力にバックアップ用の一つの追加電力を供給
するために、少なくともＮ個のシステムを必要とする。
最大電力リミット回路４５は、各ＡＣ／ＤＣコンバータ
内に組み込まれる。分配される最大電力のための平均入
力電圧の関数としての制御電圧の軌道が図４に示されて
いる。この特徴は、図５に示されているアナログ回路ブ
ロック図によって具現化されている。全波整流入力電圧
は、平均電圧を生成するためにアベレージング（平均値
算出）回路に印加される。次いで、アナログ関数が、平
均ライン電圧に反比例する制御信号の軌道を形付けるこ
とによって具現化される。フィードバック制御信号と電
力リミット信号は、ＡＣ／ＤＣコンバータの同一ノード
に接続される。大きさが低い方のいづれかが、コンバー
タの制御と見なされる。制御ノード電圧の上限は、電力
リミット回路によってセットされる。これによって、任
意の特定のＡＣ／ＤＣコンバータは、最大電力までは供
給することができるが、それより上は供給できない。負
荷電流が増加する傾向にある場合、コンバータの出力電
圧は、以下の関係式によって減少しようとする。 ΔＶ01＝ＰＭＡＸ／ΔＩＭＡＸ Ｖ01がコンバータの出力電圧であり、ＰＭＡＸは最大電
力リミットであり、ＩＭＡＸはコンバータの出力が電力
リミットによって制限される時に流れる電流である。
【００１９】電力供給しつつあったコンバータの出力電
圧は、コンバータがその最大電力レベルに達する時、値
を減少させるようとする。この電圧が他の並列のコンバ
ータの出力電圧と交差する時、このコンバータは追加の
負荷を取り出し始める。これは、全ての並列のコンバー
タが、これらのコンバータの個々の最大電力リミットレ
ベルにおいて最大の負荷を供給するまでに連鎖式に継続
する。この結果は図７に示されており、システム負荷が
ＩＭＡＸに達した時、Ｖ01及びＶ02が、Ｖ03と交差す
る。最大電力リミットに到達したコンバータは、それら
の最大電力能力で作動を続ける。
【００２０】最大電力リミットのための制御電圧の軌道
は、区分的線形化方法によって具現化されることができ
る。図４に示されている理想的な軌道は、二つ以上の線
形セグメントに分けられる。図６にグラフで示されてい
る２部分の線形近似は、５％以内の最大電力リミット近
似を達成する。この２部分の区分的近似は、図３に示さ
れている回路４５によって具現化される。抵抗５１、５
３及びコンデンサ５５は、全波整流入力電圧の平均を検
知する。この検知された電圧は、演算増幅器６５及び、
抵抗７１並びに６３によって反転される。このようにし
て得られた制御ノードの軌道は、Ｍ１のスロープを有す
るラインセグメントによって図６に示されている。この
ラインのスロープは、Ｍ２のスロープを有するＶ2 前進
ポイントでスタートするツェナーダイオード６１及び抵
抗５７によって変更される。この線形近似は、電源の全
動作範囲に及ぶ一定の最大電力リミットを許容する。フ
ィードバック制御信号と電力リミット信号の低位マグニ
チュード（大きさ）は、演算増幅器の低出力インピーダ
ンスによってコンバータを制御する。電力リミット電圧
が、出力電圧フィードバックループによって供給される
電圧よりも高い時、電流は、電圧を低位レベルに保持す
る演算増幅器３３によって低下される。同様に、出力フ
ィードバック電圧が電力リミット電圧よりも大きい時、
電流は、過電圧を減少させる演算増幅器６５によって低
下され、これによって、ｐｗｍ（パルス幅変調）制御
は、制御電圧として電力リミット電圧を受け取る。
【００２１】コンバータがＤＣソースから電力供給され
る場合、或いは、コンバータの出力電圧が、全ての減結
合ダイオードが逆バイアスされるシステムの負荷ポイン
トにおけるピークからピークへのリップル電圧と大きく
異なる場合、最大出力を有するコンバータのみが全ての
負荷電力を供給することは可能である。しかしながら、
バルクレスコンバータは、リップル電圧の谷間が、他の
ダイオードが順方向バイアスをかけられかつ電力を負荷
に供給することを許容する並列のコンバータの出力電圧
より下に降下するように、リップルに殆ど影響を与えず
に高周波をろ波する入力コンデンサを有するように設計
される。これによって、負荷電流の種々のレベルにおい
て、多数の並列コンバータがアクティブとなる。
【００２２】負荷分配を改良するために、出力電圧は負
荷の関数として変化される。負荷が増加するにつれて、
その出力電圧は減少を開始する。この電圧が他の並列の
コンバータの電圧と交差する時、このコンバータは負荷
分配を開始する。図７は、ＩＳＨＡＲＥにおいてＶ01が
Ｖ02と交差する時、両方のコンバータが電力供給を開始
することを示している。このプロセスは、負荷が増加す
るとともに、継続される。全負荷のほぼ１０％〜２０％
において、殆ど全てのコンバータが負荷の一部分の支持
を開始する。特定のコンバータの出力電圧は以下の式に
よってその負荷と関連する。
【００２３】Ｖ01＝ＥＳ−Ｚ0 * ＩＯＵＴ この場合、ＥＳはソース電圧であり、Ｚ0 はフィードバ
ックループにおける演算増幅器の利得に依存するコンバ
ータインピーダンスであって、ＩＯＵＴはコンバータの
出力電流である。
【００２４】通常は、出力インピーダンスが非常に低
く、かつ出力電圧への負荷電流の影響が最小に抑えられ
るように、スイッチングレギュレータの閉ループの利得
は非常に高い。供給された電力の印加に関しては、出力
電圧の調整は余り厳密である必要はない。これによっ
て、出力インピーダンスは、フィードバックループ構成
部品の好適な選択によって特定使用されるように設計さ
れる。抵抗２５、２７、３１、３７、及び４１並びにコ
ンデンサ４３は、スイッチングレギュレータの閉ループ
利得が、負荷電流の変動によって出力電圧を変化させる
のに十分な出力インピーーダンスを供給するように選択
される。例えば、出力電圧が無負荷から全負荷まで約
２．５％だけ線形的に降下するならば、全ての並列コン
バータの参加は、一般的には１０％〜２０％の全負荷に
おいて生じる。
【００２５】上記では、システムを遮断することなく欠
陥コンバータの除去及び置換を可能とし、かつ各コンバ
ータが負荷に電力を供給する、ＡＣ／ＤＣコンバータの
並列動作のための電力システムについて記述してきた。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、システムを遮断することな
く、欠陥コンバータの除去及び置換を可能とする並列電
力供給システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術の在来の冗長電力システムの部分的
ブロック図すなわち部分的概略回路図である。
【図２】本発明による電力リミットと負荷依存制御信号
とを有するＮ＋１電力供給システムを示す部分的ブロッ
ク略図である。
【図３】区分的電力リミット回路を含むＡＣ／ＤＣコン
バータの部分を示す部分的ブロック略図である。
【図４】図２の電源とともに使用される開ループ制御電
源に対する平均入力電圧の関数として所望される制御信
号のグラフである。
【図５】図４で示されている特性の実行を示すブロック
図である。
【図６】平均線路電圧の関数としての最大電力リミット
によってセットされた制御電圧に対する区分的線形近似
曲線のグラフである。
【図７】本発明による、並列で動作する出力電圧が互い
に異なる三つのコンバータの負荷及び出力電圧特性のグ
ラフである。
【符号の説明】
１１、１３、１５ ＡＣ／ＤＣコンバータ １７、１９、２１ 減結合ダイオード ３３、６５ 演算増幅器 ４５ 電源リミット回路 ５５ コンデンサ ５３、５７ 抵抗 ６１ ツェナーダイオード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも二つの電源であって、各々が
    負荷の関数として電源の出力を制御するように制御信号
    を供給するためのフィードバック手段を有し、かつ前記
    電源によって供給される最大電力を限定するための手段
    を有する少なくとも二つの電源と、 前記電源の各々の出力に接続されている減結合ダイオー
    ドと、 を備えているＮ＋１電力供給システムであって、 前記減結合ダイオードが前記電源からの電力を負荷に導
    通させるために分極され、前記減結合ダイオードの負荷
    側が互いに並列接続され、かつ前記電源の各々の前記フ
    ィードバック手段が、前記減結合ダイオードの前に前記
    電源の出力に結合されることよりなるＮ＋１電力供給シ
    ステム。
  2. 【請求項２】 前記電源によって供給される最大電力を
    限定するための前記手段が、前記電源の平均入力電圧に
    比例する信号を発生し、 前記制御信号に対して上限をセットするために前記平均
    入力電圧に反比例する制御電圧を発生する手段と、 を備えている請求項１に記載のＮ＋１電力供給システ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記フィードバック手段が前記出力電圧
    を検知するために、第１及び第２の抵抗を備えている請
    求項１に記載のＮ＋１電力供給システム。
JP30412992A 1991-12-17 1992-11-13 Ｎ＋１電力供給システム Expired - Lifetime JP2667345B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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