JPH07154921A - 並列運転電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】常に安定的な電源供給が可能でありながら、高
効率で発熱量も小さな並列運転電源装置を提供する。 【構成】複数の電源パッケージ４，５のそれぞれに、出
力スイッチ１６、電流検出部１７および制御部１８を設
ける。出力スイッチ１６は、出力側における他の電源パ
ッケージとの接続を断続する。電流検出部１７は、出力
側から逆流入する電流を検出する。制御部１８は、電流
検出部１７により逆流電流が検出されたことに応じて、
出力側における他の電源パッケージとの接続を切断する
よう出力スイッチ１６を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の電源パッケージ
を並列接続してなり、この複数の電源パッケージを並列
運転させて電力供給を行う並列運転電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高信頼性が要求される装置では、安定的
な電源供給のために並列運転電源装置が利用される。こ
の並列運転電源装置は、複数の電源パッケージを並列に
接続してなるものであり、複数の電源パッケージのうち
のいずれかが異常になっても、他の電源パッケージによ
って電源供給を継続することができるものである。

【０００３】このような並列運転電源装置では、各電源
パッケージの出力がワイヤードに接続されている。この
ため、各電源パッケージに何ら対策を講じていない場合
には、いずれかの電源パッケージがショートモードにて
故障すると、他の正常な電源パッケージが出力する電流
が上記故障して電源パッケージに流れ込んでしまい、完
全にシステムダウンになってしまう。

【０００４】また、保守のために、動作状態のままでい
ずれかの電源パッケージを脱着する、いわゆる活線挿抜
が行えることが望ましい。しかし、各電源パッケージに
何ら対策を講じていない場合、電源パッケージが挿入さ
れた際にこの電源パッケージの内部回路をチャージする
ために他の電源パッケージが出力する電流が流れ込んで
しまう。このため、図２に示すように出力電圧が瞬間的
に低下してしまい、電源供給が不安定になってしまう。

【０００５】そこで従来の並列運転電源装置は、以下の
ように構成されている。図３は従来の並列運転電源装置
の要部構成を示す回路図である。図中、１，２，３はそ
れぞれ電源パッケージであり、並列接続されている。

【０００６】電源パッケージ１，２，３は同一構成であ
り、それぞれ、トランス１０、整流用ダイオード１１、
平滑用チョーク１２、平滑用コンデンサ１３および出力
オアダイオード１４より構成されている。トランス１
０、整流用ダイオード１１、平滑用チョーク１２および
平滑用コンデンサ１３は所望とする電圧および電流を生
成している。出力オアダイオード１４は、他の電源パッ
ケージ２，３から出力された電流が流れ込むのを防止す
る。

【０００７】かくして、例えば電源パッケージ１の平滑
用コンデンサ１３が破損した場合、電源パッケージ１の
出力オアダイオード１４がないと電源パッケージ２，３
の出力がショートされることになってシステムダウンに
なってしまうが、電源パッケージ２，３から出力される
電流は電源パッケージ１の出力オアダイオード１４によ
って阻止されてショート部位に流れないので、システム
ダウンになることが防がれる。

【０００８】また、例えば電源パッケージ３を一旦外し
たのち再度挿入された場合、電源パッケージ１，２から
出力される電流は電源パッケージ３内の回路を充電すべ
く電源パッケージ３に流れ込もうとするが、電源パッケ
ージ３の出力オアダイオード３４によって阻止されて電
源パッケージ３には流れず、出力電圧が低下してしまう
ことが防がれる。

【０００９】しかしながら以上のように出力オアダイオ
ード１４を用いていると、この出力オアダイオード１４
での電力損失が極めて大きく、効率が大きく低下してし
まう。

【００１０】すなわち、ダイオードの物性的性質とし
て、順方向電圧降下Ｖ_F が必ず存在し、この順方向電圧
降下Ｖ_F は一般的なダイオードで０．６〜０．８Ｖ、ま
た順方向電圧降下Ｖ_F を特に低く抑えるように設計され
たショットキバリアダイオードでさえも０．３〜０．４
Ｖに達する。従って、ショットキバリアダイオードを適
用した場合でも、出力オアダイオード１４で生じる電力
損失Ｐｌは、出力電流をＩｏとすると、 Ｐｌ＝０．４×Ｉｏ となる。

【００１１】以下、図４を参照しながら、５Ｖ，１０Ａ
を出力する電源パッケージを想定して具体的に説明す
る。一般的に実用されているレギュレータ部は、効率は
８５％程度が上限である。レギュレータ部の効率ζ₁ を
８５％とすると、このレギュレータ部での電力損失は９
Ｗ程度である。これに対して出力オアダイオードでの電
力損失は、出力電流値が１０Ａであるので４Ｗに達す
る。従って、電源パッケージ全体としての電力損失は、
出力オアダイオードが１つ設けられているだけで４５％
も上昇して１３Ｗにも及び、電源パッケージ全体の効率
ζ₂ は７９％に低下してしまう。

【００１２】さて、電源パッケージでの電力損失はその
ほとんどが発熱として現れるが、１３Ｗに及ぶ発熱量は
並列運転電源装置が適用される装置を設計する上で問題
となる値である。

【００１３】すなわち、例えば通信装置では、並列運転
電源装置は１つの電源パッケージを１スロットに装着す
るかたちで実装架の内部に収容される。このため、並列
運転電源装置の発熱は実装架の内部温度を上昇されるこ
とになる。一般にディジタルシステム実装架やハイパス
実装架の１スロット当りの許容発熱量は数Ｗ〜１０Ｗ程
度までが限界とされている。これ以上の発熱の場合、実
装架の内部温度が高くなりすぎるためにファンによる強
制空冷などを行う必要がある。しかし強制空冷機能を追
加すると、コスト上昇を招くとともに、保守が必要なた
めに信頼性、保守性の低下を招くため、好ましくない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように並列運転
電源装置は、高効率で発熱が少ないことが要求されてい
るが、出力オアダイオードを用いているために効率が著
しく悪化し、発熱量が非常に大きいという不具合があっ
た。

【００１５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的とするところは、常に安定的な
電源供給が可能でありながら、高効率で発熱量も小さな
並列運転電源装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに第１の発明は、複数の電源パッケージのそれぞれ
に、出力側における他の電源パッケージとの接続を断続
するための例えば出力スイッチなどのスイッチ手段と、
出力側から逆流入する電流を検出する例えば電流検出部
などの逆流電流検出手段と、この逆流電流検出手段によ
り逆流電流が検出されたことに応じて、出力側における
他の電源パッケージとの接続を切断するよう前記スイッ
チ手段を制御する例えば制御部などのスイッチ制御手段
とを備えた。

【００１７】また第２の発明は、複数の電源パッケージ
のそれぞれに、出力側における他の電源パッケージとの
接続を断続するための例えば出力スイッチなどのスイッ
チ手段と、出力側から逆流入する電流を検出する例えば
電流検出部などの逆流電流検出手段と、内部回路が所定
状態にチャージしていることを検出する、例えばダイオ
ード、２つのアンプおよび比較器からなるチャージ状態
検出手段と、前記逆流電流検出手段により逆流電流が検
出されたことに応じて、出力側における他の電源パッケ
ージとの接続を切断するよう前記スイッチ手段を制御す
るとともに、前記チャージ状態検出手段によって内部回
路が所定状態にチャージしていることが検出されていな
い時には出力側における他の電源パッケージとの接続を
切断するよう、また前記チャージ状態検出手段によって
内部回路が所定状態にチャージしていることが検出され
ている時には出力側を他の電源パッケージに接続するよ
うに前記スイッチ手段を制御する例えば制御部などのス
イッチ制御手段とを備えた。

【００１８】

【作用】第１の発明によれば、複数の電源パッケージの
それぞれでは、出力側から逆流入する電流の検出が逆流
電流検出手段によって行われ、この逆流電流検出手段に
より逆流電流が検出されたことに応じて、出力側におけ
る他の電源パッケージとの接続を切断するようスイッチ
制御手段によりスイッチ手段が制御される。

【００１９】従って、電源パッケージ内に異常が生じ、
他の電源パッケージが出力される電流が逆流する状態に
なると、当該電源パッケージのスイッチ手段により当該
電源パッケージが他の電源パッケージから切断される。

【００２０】また第２の発明によれば、複数の電源パッ
ケージのそれぞれでは、出力側から逆流入する電流の検
出が逆流電流検出手段によって行われ、この逆流電流検
出手段により逆流電流が検出されたことに応じて、出力
側における他の電源パッケージとの接続を切断するよう
スイッチ制御手段によりスイッチ手段が制御される。ま
た内部回路が所定状態にチャージしていることの検出が
チャージ状態検出手段によって行われ、このチャージ状
態検出手段によって内部回路が所定状態にチャージして
いることが検出されていない時には出力側における他の
電源パッケージとの接続を切断するよう、また前記チャ
ージ状態検出手段によって内部回路が所定状態にチャー
ジしていることが検出されている時には出力側を他の電
源パッケージに接続するようにスイッチ制御手段により
スイッチ手段が制御される。

【００２１】従って、電源パッケージ内に異常が生じ、
他の電源パッケージが出力される電流が逆流する状態に
なると、当該電源パッケージのスイッチ手段により当該
電源パッケージが他の電源パッケージから切断されると
ともに、電源パッケージ内が十分にチャージされていな
い時には、電源パッケージ内が十分にチャージされるの
を待って、当該電源パッケージが他の電源パッケージに
接続される。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
き説明する。図１は本実施例に係る並列運転電源装置の
構成を示す図である。なお図３と同一部分には同一符号
を付する。

【００２３】図中、４，５はそれぞれ電源パッケージで
あり、並列接続されている。電源パッケージ４，５は同
一構成であり、それぞれ、トランス１０、整流用ダイオ
ード１１、平滑用チョーク１２、平滑用コンデンサ１
３、コンバータ発振部１５、出力スイッチ１６、電流検
出部１７、制御部１８、ダイオード１９、アンプ２０、
比較器２１およびアンプ２２より構成されている。

【００２４】トランス１０の１次コイルには、コンバー
タ発振部１５が直列に接続されている。またトランス１
０の２次コイルの一端には、整流用ダイオード１１およ
びダイオード１９が接続されている。さらに整流用ダイ
オード１１には、平滑用チョーク１２が直列に接続され
ている。そしてトランス１０の２次コイル、整流用ダイ
オード１１および平滑用チョーク１２に並列に平滑用コ
ンデンサ１３が接続されている。かくしてトランス１
０、整流用ダイオード１１、平滑用チョーク１２、平滑
用コンデンサ１３およびコンバータ発振部１５によって
レギュレータ部が構成されている。

【００２５】出力スイッチ１６は、トランス１０、整流
用ダイオード１１、平滑用チョーク１２および平滑用コ
ンデンサ１３よりも出力側にて平滑用チョーク１２に直
列に接続されている。

【００２６】出力スイッチ１６の出力側の端子には、電
流検出部１７およびアンプ２２が接続されている。電流
検出部１７の出力は制御部１８に入力されている。ダイ
オード１９にはアンプ２０が直列に接続されている。そ
してアンプ２０の出力は比較器２１に入力されている。
また比較器２１には、アンプ２２の出力も入力されてい
る。そして比較器２１の出力は、制御部１８およびコン
バータ発振部１５に入力されている。

【００２７】次に以上のように構成された並列運転電源
装置の動作を説明する。まず電流検出部１７は出力側か
ら流入する逆流電流が存在するか否かを監視している。
また比較器２１は、整流用ダイオード１１の前の電圧レ
ベル（図１中のＰ１点の電圧レベル）と並列接続後の電
圧レベル（図１中のＰ２点の電圧レベル）とを比較して
おり、その差分に対応するレベルの信号を出力してい
る。

【００２８】まず、電源パッケージ４は外されており、
かつ電源パッケージ５が動作している状態から、電源パ
ッケージ４が活線挿入された場合の動作を説明する。電
源パッケージ４は装着されると動作を開始するが、初期
状態においては各回路が未チャージ状態にあるので、電
源パッケージ５が出力している電流が電源パッケージ４
に流れ込もうとする。このため、電流検出部１７に逆電
流が生じる。電流検出部１７はこの逆電流を即座に検出
し、逆電流が検出された旨を検出信号にて制御部１８に
通知する。

【００２９】制御部１８は逆電流が検出された旨が通知
されると、出力スイッチ１６を開放する。これにより、
電源パッケージ５が出力している電流が電源パッケージ
４に流れ込むことが阻止される。この状態で電源パッケ
ージ４は、内部回路が入力電力によってプリチャージさ
れる。

【００３０】電源パッケージ４が十分にプリチャージさ
れれば、Ｐ１点の電圧レベルとＰ２の電圧レベルとのレ
ベル差がある一定範囲内になるので、制御部１８は、比
較器２１によって検出されているＰ１点の電圧レベルと
Ｐ２の電圧レベルとのレベル差がある一定範囲内になる
のを待って出力スイッチ１６を閉じる。これにより、電
源パッケージ４からの出力が開始され、電源パッケージ
４，５の並列運転による電源供給がなされる。なお、出
力スイッチ１６が閉じられるときには、電源パッケージ
４は十分にプリチャージされているので、電源パッケー
ジ５が出力する電流が電源パッケージ４へと大量に流れ
込むことがない。従って、出力電圧の低下が生じること
はない。

【００３１】さて、電源パッケージ４，５が並列運転さ
れている状態において電源パッケージ４にショートモー
ドの故障が発生したとする。そうすると、電源パッケー
ジ５が出力している電流が電源パッケージ４に流れ込も
うとする。このため、電流検出部１７に逆電流が生じ
る。電流検出部１７はこの逆電流を即座に検出し、逆電
流が検出された旨を検出信号にて制御部１８に通知す
る。

【００３２】制御部１８は逆電流が検出された旨が通知
されると、出力スイッチ１６を開放する。これにより、
電源パッケージ５が出力している電流が電源パッケージ
４に流れ込むことが阻止される。出力スイッチ１６が開
放することによって電源パッケージ４の出力が停止する
が、電源パッケージ５は正常に動作しており、かつ電源
パッケージ５が出力している電流が電源パッケージ４に
流れ込むことがないので、電源供給が引き続き行われ
る。

【００３３】一方、電源パッケージ４，５が並列運転さ
れている状態において電源パッケージ４の電圧が上昇す
る異常が発生したとする。そうすると、Ｐ１点の電圧レ
ベルがＰ２点の電圧レベルに比較して著しく大きくな
る。この電圧レベルの差が比較器２１によって検出さ
れ、制御部１８に伝えられる。

【００３４】制御部１８は、このようにＰ１点の電圧レ
ベルとＰ２点の電圧レベルとの差が一定値以上になった
ときには、出力スイッチ１６を開放する。またＰ１点の
電圧レベルがＰ２点の電圧レベルに比較して著しく大き
くなった場合には、コンバータ発振器１５が動作を停止
する。これにより、電源パッケージ４の動作が完全に停
止し、電源パッケージ４の内部回路が過電圧によって破
壊されてしまうことが防止される。これにより、電源パ
ッケージ４のレギュレータ部で発生された電力の出力が
停止される。しかし電源パッケージ５は正常に動作して
いるので、電源供給は引き続き行われる。

【００３５】なお、電源パッケージ５を活線挿入した際
および電源パッケージ５に異常が発生した際には、電源
パッケージ５にて上記したのと同様な動作が行われる。
以上のように本実施例によれば、活線挿入を行った場合
には、活線挿入された電源パッケージが十分にプリチャ
ージされるまでは出力スイッチ１６を開放して当該電源
パッケージの内部回路を他の電源パッケージから分離
し、十分にプリチャージされたのちに接続するため、電
圧低下を来すことがない。また異常の発生時には、出力
スイッチ１６を開放して、当該異常が発生した電源パッ
ケージの内部回路を他の電源パッケージから分離するの
で、一方の電源パッケージの異常が他の電源パッケージ
に影響することがなく、正常な電源パッケージを用いて
の安定した電源供給を継続することができる。

【００３６】かつ本実施例では、出力スイッチ１６、電
流検出部１７、制御部１８、ダイオード１９、アンプ２
０、比較器２１およびアンプ２２を付加しているが、こ
れらは数十ｍＡ程度のごく小さな電流で動作させること
ができるので、消費電力は全体でも数百ｍＷに止まる。
従って、例えば１０Ａという大きな電流で動作すること
が必要で、例えば４Ｗもの電力を消費する従来の出力オ
アダイオードに比較して、消費電力は著しく少ない。こ
れにより、発熱量も低減される。

【００３７】なお本発明は上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば上記実施例では、２つの電源パッケー
ジ４，５を並列運転するものを例示しているが、３つ以
上の電源パッケージを並列運転するものであってもよ
い。

【００３８】また上記実施例では、活線挿抜を行うこと
を考慮し、活線挿入時にはプリジャージが完了するのを
待って出力スイッチ１６を閉じる構成をなしているが、
活線挿抜が行われない場合にはこの構成を省略してもよ
い。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変
形実施が可能である。

【００３９】

【発明の効果】第１の発明によれば、複数の電源パッケ
ージのそれぞれに、出力側における他の電源パッケージ
との接続を断続するための例えば出力スイッチなどのス
イッチ手段と、出力側から逆流入する電流を検出する例
えば電流検出部などの逆流電流検出手段と、この逆流電
流検出手段により逆流電流が検出されたことに応じて、
出力側における他の電源パッケージとの接続を切断する
よう前記スイッチ手段を制御する例えば制御部などのス
イッチ制御手段とを備えたので、異常が発生した電源パ
ッケージに他の電源パッケージが出力した電流が流れ込
んでしまうことがなく、常に安定的な電源供給が可能で
あり、かつ大電流で動作する出力オアダイオードを有さ
ないので高効率で発熱量も小さな並列運転電源装置とな
る。

【００４０】また第２の発明によれば、複数の電源パッ
ケージのそれぞれに、出力側における他の電源パッケー
ジとの接続を断続するための例えば出力スイッチなどの
スイッチ手段と、出力側から逆流入する電流を検出する
例えば電流検出部などの逆流電流検出手段と、内部回路
が所定状態にチャージしていることを検出する、例えば
ダイオード、２つのアンプおよび比較器からなるチャー
ジ状態検出手段と、前記逆流電流検出手段により逆流電
流が検出されたことに応じて、出力側における他の電源
パッケージとの接続を切断するよう前記スイッチ手段を
制御するとともに、前記チャージ状態検出手段によって
内部回路が所定状態にチャージしていることが検出され
ていない時には出力側における他の電源パッケージとの
接続を切断するよう、また前記チャージ状態検出手段に
よって内部回路が所定状態にチャージしていることが検
出されている時には出力側を他の電源パッケージに接続
するように前記スイッチ手段を制御する例えば制御部な
どのスイッチ制御手段とを備えたので、異常が発生した
電源パッケージに他の電源パッケージが出力した電流が
流れ込んでしまうことがなく、常に安定的な電源供給が
可能であり、かつ大電流で動作する出力オアダイオード
を有さないので高効率で発熱量も小さな並列運転電源装
置となる。さらに、電源パッケージの活線挿入が行われ
た場合にも、この活線挿入された電源パッケージに他の
電源パッケージが出力した電流が流れ込んでしまうこと
がなく、安定的な電源供給を継続可能な並列運転電源装
置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る並列運転電源装置の構
成を示す図。

【図２】従来技術を説明する図。

【図３】従来技術を説明する図。

【図４】従来技術を説明する図。

【符号の説明】

４，５…電源パッケージ １０…トランス １１…整流用ダイオード １２…平滑用チョーク １３…平滑用コンデンサ １５…コンバータ発振部 １６…出力スイッチ １７…電流検出部 １８…制御部 １９…ダイオード ２０，２２…アンプ ２１…比較器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電源パッケージを並列接続してな
   る並列運転電源装置において、 前記複数の電源パッケージのそれぞれに、 出力側における他の電源パッケージとの接続を断続する
   ためのスイッチ手段と、 出力側から逆流入する電流を検出する逆流電流検出手段
   と、 この逆流電流検出手段により逆流電流が検出されたこと
   に応じて、出力側における他の電源パッケージとの接続
   を切断するよう前記スイッチ手段を制御するスイッチ制
   御手段とを具備したことを特徴とする並列運転電源装
   置。
2. 【請求項２】 複数の電源パッケージを並列接続してな
   る並列運転電源装置において、 前記複数の電源パッケージのそれぞれに、 出力側における他の電源パッケージとの接続を断続する
   ためのスイッチ手段と、 出力側から逆流入する電流を検出する逆流電流検出手段
   と、 内部回路が所定状態にチャージしていることを検出する
   チャージ状態検出手段と、 前記逆流電流検出手段により逆流電流が検出されたこと
   に応じて、出力側における他の電源パッケージとの接続
   を切断するよう前記スイッチ手段を制御するとともに、
   前記チャージ状態検出手段によって内部回路が所定状態
   にチャージしていることが検出されていない時には出力
   側における他の電源パッケージとの接続を切断するよ
   う、また前記チャージ状態検出手段によって内部回路が
   所定状態にチャージしていることが検出されている時に
   は出力側を他の電源パッケージに接続するように前記ス
   イッチ手段を制御するスイッチ制御手段とを具備したこ
   とを特徴とする並列運転電源装置。