JPH08214548A - スイッチング電源の並列運転装置 - Google Patents

スイッチング電源の並列運転装置

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JPH08214548A
JPH08214548A JP7016587A JP1658795A JPH08214548A JP H08214548 A JPH08214548 A JP H08214548A JP 7016587 A JP7016587 A JP 7016587A JP 1658795 A JP1658795 A JP 1658795A JP H08214548 A JPH08214548 A JP H08214548A
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JP
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voltage
transformer
power supply
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parallel
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JP7016587A
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Inventor
Seiichi Noguchi
聖一 野口
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 各電源単位の1次側回路で制御を行うことに
より、高機能でかつ安価な並列運転装置を実現する。 【構成】 入力電圧が加えられる変成器と、この変成器
の二次側電圧が与えられる第1の誤差増幅器と、第1の
誤差増幅器の出力が与えられ変成器の二次電圧が一定値
になるように変成器の一次側電流をパルス幅制御する第
1のパルス変調手段と、変成器の一次側コイルを流れる
電流に対応した電圧が一方の入力端に加えられると共に
抵抗分圧された電圧がハイセレクタバッファを介して他
方の入力端に与えられる第2の誤差増幅器と、この誤差
増幅器の出力が与えられハイセレクタバッファを介して
得られる電圧と変成器の一次側コイルを流れる電流に対
応した電圧とが等しくなるように変成器の一次側電流を
パルス幅制御する第2のパルス変調手段をそれぞれ備え
たスイッチング電源を複数台具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数台のスイッチング
電源を並列運転させる場合の負荷分担を自動的に制御す
るようにしたスイッチング電源の並列運転装置に関する
のである。
【0002】
【従来の技術】図5に従来のこの種の並列運転装置のブ
ロック図を示す。図において、SUa〜SUcはそれぞ
れスイッチング電源単位を示すもので、各電源単位は変
成器PTと絶縁手段IU及び一次側制御回路Aと二次側
制御回路Bとよりなっている。Vinは入力電圧、Voは
出力電圧を示すもので、Vinは各電源単位に並列に加え
られ、出力電圧Voは各電源単位より並列に取り出され
るようになっている。CBは各電源単位間で負荷分担を
行わせる為の通信線で、各電源単位の二次側制御回路B
に並列に接続されている。
【0003】図6は図1の具体的回路構成図で、ここで
は電源単位をSUaとSUbの2単位とし、図5で示し
た単位SUcを省略してある。各単位は図6と同様に一
次側制御回路Aと二次側制御回路B、変成器PT及び絶
縁手段IU及び通信線CBよりなっている。各単位の一
次側制御回路Aはそれぞれ電流検出回路1a,誤差検出
器1b,のこぎり波発振器OSC,パルス幅変調信号を
出力するコンパレータcmp及びこのコンパレータの出
力によりオン・オフ制御されるトランジスタQよりなっ
ている。各単位の二次側制御回路Bはそれぞれ整流平滑
回路RF、電圧検出回路2a,電流検出回路2b,通信
線CBに接続され負荷分担を選択する選択手段2c,誤
差検出器2d,2e及び加算回路2fよりなっている。
【0004】このような構成の各部からなる複数台の電
源単位を並列運転させる場合の従来装置においては、 信号のやりとりを二次側Bで行なっている。 二次側Bで出力電圧Vo,負荷電流及び通信線CB間
の演算が行われ、その結果が絶縁手段IUを介して一次
側Aに伝達される。ようになっている。
【0005】しかし、このような従来装置においては 各電源単位の制御回路が一次側と二次側に分かれてい
る為、各単位毎に一次側制御回路Aと二次側制御回路B
が必要となり、その結果システムが大がかりで、コスト
がかかり、形状も大きくなる。 各電源単位の制御回路が一次側Aと二次側Bに分かれ
ている為、冗長運転等のシーケンスが非常に複雑にな
る。 出力電圧誤差の検出回路2d及び出力電流誤差の検出
回路2eは共に通常演算増幅器を用いた低周波の加減算
器で構成され、各加減算器の出力はフイードバックされ
ているが、各フイードバックの独立性が悪いので、制御
系の設定が複雑となる。 各電源単位のスイッチング制御は一次側Aで行うが、
負荷分担の為の通信CBが二次側Bで行こなっている為
に過度応答の良好なものが得にくい。 一般的に、各単位毎に一次側制御回路Aと二次側制御
回路Bの両方で電流検出が必要となる。等の問題があ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数
台の電源単位の並列運転において上記の各問題点を解決
する為になされたもので、各電源単位の一次側回路のみ
で制御を行うことにより、高機能でかつ安価なこの種の
並列運転装置を実現することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力電圧が加
えられる変成器と、この変成器の二次側電圧が与えられ
る第1の誤差増幅器と、第1の誤差増幅器の出力が与え
られ前記変成器の二次電圧が一定値になるように前記変
成器の一次側電流をパルス幅制御する第1のパルス変調
手段と、前記変成器の一次側コイルを流れる電流に対応
した電圧が一方の入力端に加えられると共に抵抗分圧さ
れた前記電圧がハイセレクタバッファを介して他方の入
力端に与えられる第2の誤差増幅器と、この誤差増幅器
の出力が与えられ前記ハイセレクタバッファを介して得
られる電圧と変成器の一次側コイルを流れる電流に対応
した電圧とが等しくなるように前記変成器の一次側電流
をパルス幅制御する第2のパルス変調手段をそれぞれ備
えたスイッチング電源を複数台具備し、各スイッチング
電源単位の前記変成器の一次コイルに並列に入力電圧を
与えると共に各電源単位の変成器の出力を出力電圧とし
て並列に取り出し、各電源単位の前記ハイセレクタバッ
ファの出力端を並列に接続して構成したものである。
【0008】
【作用】このような本発明では、マスター機は出力電圧
を定電圧制御すると共に、スレーブ機に対して負荷分担
の指令値を出力する。スレーブ機は負荷電流がマスター
機からの指令値に追従するように動作する。
【0009】
【実施例】以下図面を用いて本発明を説明する。図1は
本発明に係わる並列運転装置の一実施例を示したブロッ
ク図である。図において、SUa〜SUcはそれぞれス
イッチング電源単位を示すもので、各電源単位は変成器
PTを備えている。各電源単位には一次側に並列に入力
電圧Vinが加えられ、出力電圧Voは二次側より並列に
取り出される。CBは負荷分担を行う為の通信線で、各
電源単位に設けられた一次側制御回路Aに並列に加えら
れるようになっている。一次側制御回路Aにおいて、n
は電源単位数を表すものである。
【0010】図2は図1の具体的回路構成図で、ここで
はスイッチング電源をSUa,SUbの2単位とし、図
1で示した単位SUcを省略してある。両単位SUaと
SUbは一次側制御回路Aと変成器PT及び通信線CB
よりなっている。各電源単位は同一構成であるので、単
位SUaを例に取ってその構成を詳細に説明する。
【0011】電源単位SUaにおいて、RFは変成器P
Tの二次電圧を整流平滑する整流平滑回路、Qは変成器
PTの一次電流iのパルス幅を制御するスイッチングト
ランジスタである。cmp1,cmp2はそれぞれパル
ス幅信号を出力するコンパレータで、その出力は論理和
回路ORを介してトランジスタQのベースに接続されて
いる。両コンパレータの夫々の正入力端子には、のこぎ
り波Ctを出力する発振器OSCが接続されている。
【0012】変成器PTの二次電圧は整流平滑回路RF
で整流平滑されて出力電圧Voとして取り出されると共
に電圧検出回路VSで検出されたのち、誤差増幅器am
p1に加えられて基準電圧Vrと比較される。amp1
の出力は絶縁手段IUを介して帰還信号F/Bとしてコ
ンパレータcmp1の負入力端子に加えられる。CSは
変成器PTの一次コイルを流れる電流iを検出する電流
検出器、amp2はこの電流検出器の出力電圧CSiが
その正端子に加えられる誤差増幅器である。コンパレー
タcmp1の負入力端子には上記帰還信号F/Bの他
に、前記誤差増幅器amp2の出力,ソフトスタート回
路Sの出力,及び最大時比率設定VDTCの出力が論理
和として加えられている。誤差増幅器amp2は過電流
時にパルス幅を制限し、出力電圧Voが垂下する特性と
なるように動作するもので、その負端子には基準電圧V
cが接続されている。ソフトスタート回路Sは起動時に
論理和回路ORより得られるパルス幅変調出力OUTを
徐々に広げ、出力Voを徐々に変化させるようにする為
の回路、最大時比率設定VDTCはパルス幅変調におけ
る最大パルス幅を制限するもの,即ち変調のレベルF/
BがVDTCを超えた時に制限を与えるものである。
【0013】コンパレータcmp2の負入力端には、誤
差増幅器amp3の出力と前記した最大時比率設定VD
TCの出力が論理和として加えられている。誤差増幅器
amp3の正入力端には、抵抗R1とR2の直列回路及
び電流検出回路CSの出力端が接続され、負入力端には
通信線CBが接続されている。amp4は演算増幅器
で、その正入力端には電流検出回路CSの出力CSiを
抵抗R1,R2で分圧した電圧が加えられるようになっ
ている。amp4の出力端にはダイオードDのアノード
端が接続され、ダイオードDのカソード端は通信線CB
とプルダウン抵抗R3及びこの演算増幅器の負入力端に
接続されている。これにより、演算増幅器amp4とダ
イオードDはハイセレクタ・バッファ回路を構成してい
る。前記したように電源単位SUbはSUaと同一構成
となっている。入力電圧Vinは各電源単位SUa,S
Ubの変圧器PTの一次コイルに並列に加えられ、出力
電圧Voは各電源単位における整流平滑回路RFより並
列に取り出され、通信線CBはハイセレクタ・バッファ
回路の出力端にそれぞれ並列に接続されている。またグ
ランドGND(図示せず)は各電源単位に並列に接続さ
れている。
【0014】このような構成の本発明装置の動作を先ず
電源単位SUaについて説明する。単位SUaにおい
て、入力電圧Vinは変成器PTに加えられる。一方、発
振器OSCは第3図(イ)のCtで示す如くのこぎり波
を出力し、こののこぎり波はコンパレータcomp1及
びcomp2のそれぞれの正入力端子に加えられる。変
成器PTの二次側電圧は整流平滑回路RFで整流平滑さ
れて出力電圧Voとなり、この電圧Voは同時に電圧検
出回路VSで検出され、その検出出力は誤差増幅器am
p1に加えられて基準電圧Vrと比較される。誤差増幅
器amp1の出力は絶縁手段IUを介して帰還信号F/
Bとしてコンパレータcmp1の負入力端に加えられ、
のこぎり波と比較される。コンパレータcmp1の出力
はcmp2の出力と論理和回路ORにより論理和がとら
れ、その論理和出力OUTによりスイッチンクトランジ
スタQがパルス幅制御される。
【0015】このように、誤差増幅器amp1の出力F
/Bを帰還してコンパレータcmp1においてのこぎり
波Ctと比較し、コンパレータcmp1の出力信号でス
イッチングトランジスタQをパルス幅制御することによ
り、誤差増幅器amp1は出力電圧Voと基準電圧Vr
とがVo=Vrとなるように動作する。Vo>Vrの時
はパルス幅を狭くする方向に動作し、逆の時はパルス幅
を広くする方向に動作する。一方、過電流垂下保護特性
を与える誤差増幅器amp2の出力と、ソフトスタート
回路Sの出力,及び最大時比率設定回路VDTCの出力
の論理和はコンパレータcmp1の負入力端に加えられ
て補助の制御ループを構成し、これらの補助の制御ルー
プは前記した誤差増幅器amp1の出力を帰還信号F/
Bとするメインの制御ループに対してパルス幅を狭くす
る方向に動作する。
【0016】誤差増幅器amp3の正入力端には前記電
流検出回路CSの出力電圧CSiに対応した電圧が加え
られている。一方、誤差増幅器amp4はCSi・R2
/(R1+R2)で表される電圧を出力する。この電圧
を通信線CBの電位とすると、誤差増幅器amp3の負
端子には通信線電圧CBが加えられている。誤差増幅器
amp3はCSi・R2/(R1+R2)で表される電
圧とCB電圧とを比較し、その出力C/Bはコンパレー
タcomp2の負入力端に加えられる。コンパレータc
omp2の出力はコンパレータcomp1の出力と共に
前記した論理和回路ORで論理和が取られ、その論理和
出力OUTによりトランジスタQがオン・オフ駆動され
る。即ち、CSi・R2/(R1+R2)>CBであれ
ば演算増幅器amp4は出力を増加させ、CSi・R2/
(R1+R2)<CBであれば演算増幅器amp4のダイ
オードDはオフになり、その結果CSi・R2/(R1
+R2)=CBとなるようにパルス幅変調させる。通信
線CBの電圧と最大時比率設定VDTCの出力の論理和
に伴うパルス幅制御は、前記誤差増幅器amp1の出力
を帰還信号F/Bとするメインの制御に対してパルス幅
を広くする方向に動作する。
【0017】発振器OSCののこぎり波Ctと、メイン
の制御ループの帰還信号F/B及び通信線CBの電圧に
対するパルス幅信号の関係を第3図の(イ)及び(ロ)
に示す。
【0018】次に、複数個の構成単位SUa,SUbが
図2の如く接続されている場合について説明すると次の
如くなる。入力電圧Vinは電源単位SUa,SUbの
各変成器PTの一次コイルに並列に加えられ、また各電
源単位の整流平滑回路RFは共通に接続され、この共通
接続点より出力電圧Voが取り出されるようになってい
る。通信線CBは各単位の一次側において誤差増幅器a
mp3の負端子に接続されている。
【0019】一般に、複数台の電源単位SUa,SU
b,…の間では基準電圧Vrの値にばらつきがある。前
記したように、各電源単位は基準電圧Vrに基づいて前
記のようにメインのパルス幅変調が行われ、出力電圧V
oが一定値に制御されるようになっている。基準電圧V
rが各電源単位においてばらつきがある場合、出力電圧
Voは各単位において基準電圧Vrが最も高いものに一
致するように動作する。この場合、Vrが最大の電源単
位,例えばこれをSUaとすると、このSUaがマスタ
ー機となり、このマスター機の誤差増幅器amp1にお
いて電圧Voが基準電圧Vrと等しくなるように制御動
作が行われる。このマスター機以外の構成単位,例えば
SUb,…はスレーブ機となり、このスレーブ機の誤差
増幅器amp1はVo>Vrとなって誤差増幅器amp
1は正側に飽和し、絶縁回路4を介して得られる帰還信
号F/Bによりコンパレータcmp1の出力は“L”レ
ベルとなる。
【0020】前記したマスター機SUaにおいて、トラ
ンジスタQを流れる1次側電流iは電流検出回路CSで
検出され、この検出回路の出力電圧CSiは抵抗R1,
R2に加えられて分圧され、演算増幅器amp4で構成
されるハイセレクタバッファ回路を介して通信線CBに
出力される。その結果、通信線CBの電位は“CSi・
R2/(R1+R2)”となる。この場合、マスター機
SUaの誤差増幅器amp3の正入力端に加えられる電
流検出回路CSの出力電圧CSiに対して、負入力端に
加えられる通信線CBの電圧はCSi>CBとなるの
で、誤差増幅器amp3は正側に飽和し、マスター機C
Siのコンパレータcmp2の出力は“L”レベルとな
る。一方、スレーブ機SUbの誤差増幅器amp3は、
このスレーブ機の負荷電流iがCSi=CBとなるよう
に動作する。スレーブ機SUbの演算増幅器amp4で
構成されるハイセレクタバッファ回路においては、CS
i・R2/(R1+R2)<CBとなるのでダイオード
Dがオフとなり、その結果このバッファ回路はオフとな
る。即ち、スレーブ機SUbにおけるハイセレクタバッ
ファ回路はシンク能力の無い単なるバッファ回路として
動作する。
【0021】このように、複数台の電源単位SUa,S
Ubを並列運転させる場合においては、基準電圧Vrの
最も高い電源単位SUaがマスター機となるが、このマ
スター機においては誤差増幅器amp1,コンパレータ
cmp1及び演算増幅器amp4で構成されるハイセレ
クタバッファ回路は動作するが、誤差増幅器amp3及
びコンパレータcmp2は非動作となる。即ち、マスタ
ー機SUaは基準電圧Vrにより定電圧制御が行われ、
これにより負荷に電圧Voを供給する。一方、このマス
ター機SUa以外はスレーブ機となるが、そのスレーブ
機SUbにおいては、コンパレータcmp2と誤差増幅
器amp3は動作するが、誤差増幅器amp1,コンパ
レータcmp1及びハイセレクタバッファ回路は非動作
状態となる。即ち、スレーブ機SUbにおいては基準電
圧Vrによる定電圧制御は行なわれず、負荷に供給され
る電圧Voは誤差増幅器amp3においてCSi=CB
になるように、この誤差増幅器amp3の出力信号をコ
ンパレータcmp2及び論理和回路ORを介してトラン
ジスタQをパルス幅制御することによって得られる1次
側電流iによって行われる。
【0022】このように、コンパレータcmp2によっ
てCSi(マスター機SUa)・R2/(R1+R2)
=CB=CSi(スレーブ機SUb)になるように制御
動作が行われるので、マスター機SUaとスレーブ機S
Ubとの負荷分担の比率はSUaがSUbより大きくな
る。しかし、この負荷分担の比率はマスター機SUaの
演算増幅器amp4の正入力端に接続された抵抗R1と
R2の関係をR1<<R2に選定すれば、マスター機とス
レーブ機の負荷分担は略等しくなる。
【0023】次に、過電流保護について説明すると次の
如くなる。負荷電流iが増加し、マスター機SUaにお
ける電流検出回路CSの出力が誤差増幅器amp2の負
入力端に加えられている基準電圧Vcに等しくなり、マ
スター機SUaは定電流垂下特性となる。この時、マス
ター機SUaにおける電流検出回路CSの出力は一定値
であるので通信線CBの電圧も一定となり、スレーブ機
SUbの電流検出値CSも一定となる。結局、1次側電
流iが増加した場合、マスター機及びスレーブ機は共に
定電流垂下特性となる。
【0024】各電源単位SUa,SUbが一斉に起動を
始める場合、各電源単位は全く同時に起動するとは限ら
ない。起動時間が大きくずれた時には負荷分担に問題が
生じる可能性がある。起動が開始されると、各電源単の
中で何れかの単位がソフトスタートで起動を開始する。
ソフトスタートはソフトスタート回路Sの出力信号S/
Sをコンパレータcmp1に与えることにより行われ
る。この最初に起動を始めた電源単位は、通信線CBの
電位を上昇させてその他の電源単位の起動を促進させ
る。結局、全ての電源単位が本質的にほぼ同時に起動を
開始する。
【0025】電源単位SUa(SUb)において、2つ
のコンパレータCmp1,Cmp2及び論理和回路OR
部分は、1チップの半導体集積回路で実現することがで
きる。その実施例を図4に示する。
【0026】なお、実施例出は第1及び第2のパルス変
調手段としてコンパレータCmp1,Cmp2を用いて
構成した場合を例示したが、コンパレータに代えてフリ
ップ・フロップ回路で構成してもよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば複
数台のスイッチング電源単位の主従運転において、各電
源の一次側回路で負荷分担の通信を行う制御方式を実現
したことにより、二次側に負荷分担を行う為の電流検出
手段を設けることなく、構成の簡単なシステムで、過度
応答が良好で高機能を備えた装置を低コストで実現する
ことができる。更に、冗長性があり、かつ電圧制御手段
と負荷分担の為の制御はそれぞれ独立して変調されるの
で、制御系の設計が容易で、性能も向上する等の特徴を
備えたスイッチング電源の並列運転装置を実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の一実施例を示したブロック図であ
る。
【図2】本発明装置の一実施例を示した具体的回路構成
図である。
【図3】本発明装置の動作を説明するための波形図であ
る。
【図4】本発明装置の一部を集積化した回路構成図であ
る。
【図5】従来装置の一例を示したブロック図である。
【図6】従来装置の一例を示した具体的回路構成図であ
る。
【符号の説明】
SUa〜SUb 電源単位 PT 変成器 CS 電流検出回路 Q トランジスタ RF 平滑回路 amp1〜amp3 誤差増幅器 cmp1,cmp2 コンパレータ OSC 発振器 R1,R2 抵抗分圧器 amp4 ハイセレクタバツファアンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H02J 3/38 A 9470−5G

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力電圧が加えられる変成器と、この変成
    器の二次側電圧が与えられる第1の誤差増幅器と、第1
    の誤差増幅器の出力が与えられ前記変成器の二次電圧が
    一定値になるように前記変成器の一次側電流をパルス幅
    制御する第1のパルス変調手段と、前記変成器の一次側
    コイルを流れる電流に対応した電圧が一方の入力端に加
    えられると共に抵抗分圧された前記電圧がハイセレクタ
    バッファを介して他方の入力端に与えられる第2の誤差
    増幅器と、この誤差増幅器の出力が与えられ前記ハイセ
    レクタバッファを介して得られる電圧と変成器の一次側
    コイルを流れる電流に対応した電圧とが等しくなるよう
    に前記変成器の一次側電流をパルス幅制御する第2のパ
    ルス変調手段をそれぞれ備えたスイッチング電源を複数
    台具備し、各スイッチング電源単位の前記変成器の一次
    コイルに並列に入力電圧を与えると共に各電源単位の変
    成器の出力を出力電圧として並列に取り出し、各電源単
    位の前記ハイセレクタバッファの出力端を並列に接続し
    てなるスイッチング電源の並列運転装置。
  2. 【請求項2】複数台の前記電源単位のうち最大の電圧を
    出力する電源単位をマスター機として前記第1のパルス
    変調手段でパルス幅制御することにより出力電圧を得、
    他の電源単位はスレーブ機として前記マスター機の前記
    ハイセレクタバッファを介して得られる電圧と各変成器
    の一次側コイルを流れる電流に対応した電圧とが等しく
    なるように前記第2のパルス変調手段でパルス幅制御す
    ることにより出力電圧を得るようにして負荷分担を行う
    ようにした請求項1記載のスイッチング電源の並列運転
    装置。
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