JPH1020948A - リダンダント型安定化電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】過電圧側の電源回路を確実に判別できるように
する。 【解決手段】過電圧状態は負荷端（ｃ点）の電圧を検出
する。過電圧状態のときに起こる出力電流Ｉａ，Ｉｂの
アンバランス状態に着目して、負荷１２に対するセンス
端ｃと出力電流が流れる電源供給ラインＬａ′との間で
の電圧降下を検出する。出力電圧が高くなると、それに
伴って負荷端から過電流検出端までの線路インピーダン
スによる電圧降下分がさらに大きくなる。カットオフさ
れた側の出力電流はゼロになり、出力電流がゼロになる
と電圧降下もゼロになる。この出力電流の違いによる電
流検出出力Ｃｉと、過電圧が検出されたときの出力Ｃｖ
のアンドをとることによって何れの電源回路が過電圧状
態であるかを判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンピュータ装
置などに適用できるリダンダント型安定化電源装置に関
する。詳しくは、並列運転される一対の安定化電源回路
のうちの何れかが過電圧状態であるかを、負荷端の過電
圧状態と、それぞれの安定化電源回路を流れる出力電流
の変化の双方を検出することで正確に判別できるように
したものである。

【０００２】

【従来の技術】オーディオ・ビデオサーバ（ＡＶサー
バ）やコンピュータ装置などでは、これに供給される交
流電源が瞬断したときでも、瞬断期間中、装置駆動電圧
が規定値以上の電圧となっているように、最近では並列
運転を行う安定化電源回路が使用されるようになってき
ている。

【０００３】図５はその一例を示す従来例であって、こ
の並列運転を行う電源回路は、通常リダンダント（Redu
ndant）安定化電源回路と呼ばれている。

【０００４】図５において、一対の安定化電源回路１０
Ａ，１０Ｂがそれぞれ逆流防止素子であるダイオードＤ
ａ，Ｄｂを介して負荷（ＩＣ回路など）１２に接続され
る。一対の電源回路１０Ａ，１０Ｂが並列運転されるた
めの条件としては、これらの電源電圧（出力電圧）の差
が通常５０ｍＶ以下である。これ以上の電位差が発生す
ると、電圧の低い方の電源回路はカットオフされてしま
う。端子電圧の高い方によって他方の電源回路に接続さ
れたダイオードＤａ若しくはＤｂがカットオフされ、カ
ットオフされた電源回路側の電圧が負荷１２に印加され
ないようになるからである。

【０００５】したがって例えば第２の安定化電源回路１
０Ｂがカットオフされ、第１の電源回路１０Ａのみで負
荷１２が駆動されているときは、図６のように出力電流
はＩｂ＝０，Ｉａ＝ＩL（ＩLは負荷電流）となる。出力
電圧ＶａとＶｂの電位差が逆転すると、Ｉａ＝０，Ｉｂ
＝ＩLとなって、電源回路１０Ａ，１０Ｂのカットオフ
関係が逆転する。そして、Ｉａ＝Ｉｂ（＝ＩL）となる
時点でバランスされ、一対の電源回路１０Ａ，１０Ｂの
双方で負荷１２が駆動（並列運転）されることになる。

【０００６】並列運転状態にあるとき、つまりＩａ＝Ｉ
ｂの状態にあるときに何らかの原因で一方の電源回路１
０Ａの出力電圧Ｖａが過電圧状態（時点ｔ１）となった
とき、過電圧検出系が存在しないときは以下のような動
作となる。

【０００７】並列運転状態のときはＶａ＝Ｖｂである
が、そのバランスが崩れると、図７に示すようにＶａ＞
Ｖｂとなり、第２の安定化電源回路１０Ｂがカットオフ
となって、Ｉｂ＝０となる。Ｉｂ＝０となっても過電圧
状態は変わらないので、出力電圧Ｖａは上昇を続け、や
がて負荷１２に対する保証電圧Ｖmaxを超えてしまう。
こうなると負荷１２の構成素子が破壊されてしまうこと
がある。そこで、何らかの過電圧検出手段を設ける必要
がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したリダンダント
型電源装置において過電圧を検出する手段としては、図
５に示すａ点、ｂ点およびｃ点の電圧を検出することが
考えられる。

【０００９】ａ点あるいはｂ点での出力電圧を過電圧検
出点として選んだときは、安定化電源回路１０Ａ，１０
Ｂの過電圧状態を独立に検出できる利点がある。その反
面、出力電流Ｉａ，Ｉｂによって検出点ａやｂから負荷
１２までの線路インピーダンスによる電圧降下が相違す
るので、過電圧状態を正確に検出できない。

【００１０】これに対して、負荷端であるｃ点を過電圧
検出点として選んだ場合には、電源回路１０Ａ，１０Ｂ
が並列運転を行っているので、何れの電源回路が過電圧
状態であるかを判別できず、適切な爾後処理を行うこと
ができない。

【００１１】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、何れの電源回路が過電圧状態
であるかを正確に判別し、適切な爾後処理を行えるよう
にしたリダンダント型安定化電源装置を提案するもので
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明に係るリダンダント型安定化電源回路で
は、２つの安定化電源回路を並列的に負荷に供給して上
記負荷を同時に駆動する並列運転用リダンダント型安定
化電源装置において、上記安定化電源回路には負荷端に
印加される過電圧を検出する過電圧検出手段と、電源供
給ラインを流れる電流を検出する電流検出手段と、電源
制御手段とを有し、上記負荷への過電圧状態が検出され
たときで、そのときの電流検出出力が変化していないと
きには、上記電源制御手段が制御されて、過電圧側とな
る安定化電源回路からの電源供給が遮断されるようにな
されたことを特徴とする。

【００１３】この発明では、過電圧状態は負荷端（ｃ
点）の電圧を検出する。これだけでは何れの電源回路が
過電圧状態なのかを特定できない。一方、上述したよう
にバランスが崩れ、並列運転ができずに単独の電源回路
で負荷を駆動するときは出力電流Ｉａ，Ｉｂのバランス
も同時に崩れ、カットオフされた電源回路側の出力電流
は流れなくなり、他方の電源回路の出力電流は上昇を続
ける。

【００１４】このように過電圧状態のときに起こる出力
電流のアンバランス状態に着目して、負荷に対するセン
ス端と出力電流が流れる電源供給ラインとの間での電圧
降下を検出する。出力電圧が高くなると、それに伴って
負荷端から過電流検出端までの線路インピーダンスによ
る電圧降下分がさらに大きくなる。

【００１５】カットオフされた側の出力電流はゼロにな
り、出力電流がゼロになると電圧降下もゼロになる。こ
の出力電流の違いによる電圧降下の変化と、過電圧が検
出されたことのアンドをとることによって電源回路の過
電圧状態が判別される。

【００１６】これは電圧降下が発生するとアンド出力が
ハイレベルに反転するが、電圧降下が発生しないとアン
ド出力はローレベルのままであることを利用して、過電
圧状態の安定化電源回路を特定するようにしたものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】続いて、この発明に係るリダンダ
ント型安定化電源装置の一実施形態を図面を参照して詳
細に説明する。

【００１８】図１に示すこの発明に係るリダンダント型
安定化電源装置１０において、負荷１２に対して並列接
続された第１および第２の安定化電源回路１０Ａと１０
Ｂはそれぞれ直流電源１４ａ，１４ｂを有する。これら
直流電源１４ａ，１４ｂとしては交流電源を別々に整流
・平滑したものが使用される。一対の安定化電源回路１
０Ａと１０Ｂは同一構成であるので、一方のみを例示し
て他方の構成は省略する。

【００１９】安定化電源回路１０Ａとしてはシリーズレ
ギュレータを例示するが、スイッチングレギュレータで
あっても差し支えない。そのため、安定化電源回路１０
Ａを構成する電源供給路Ｌａ，Ｌａ′にはシリーズレギ
ュレータ１６が設けられる。シリーズレギュレータ１６
として本例ではシリーズレギュレータとシャントレギュ
レータを組み合わせて構成された高精度のシリーズレギ
ュレータを例示する。そのため、電源供給路Ｌａに対し
てシリーズトランジスタＱが接続され、このトランジス
タＱがシャントレギュレータ２０によって制御される。

【００２０】シャントレギュレータ２０は図２に示すよ
うに、電圧比較器２２を有し、その反転端子には内蔵さ
れた電圧基準源２４が接続され、非反転端子には端子２
６よりリファレンス電圧ＲＥＦが供給される。

【００２１】電圧比較器２２の出力でトランジスタ２８
が制御される結果、そのコレクタ電流が変化して、プラ
ス側電源端子（カソードＫ）とマイナス側電源端子（ア
ノードＡ）との間の電流値がリファレンス電圧ＲＥＦに
よってコントロールされる。リファレンス電圧ＲＥＦが
高くなるとそれに伴ってシャント電流（アノード・カソ
ード電流）が増えるように制御される。シャントレギュ
レータ２０のシンボルマークとしては図３のようなシン
ボルを使用することとする。

【００２２】このようなシャントレギュレータ２０は、
そのカソードＫがプラス電源側となるように抵抗器２１
と直列接続され、さらにこのカソードＫがシリーズトラ
ンジスタＱのベース側に接続されることによって、全体
として高精度なシリーズレギュレータ１６を構成するこ
とができる。

【００２３】シリーズトランジスタＱはダイオードＤａ
を介してプラス側の電源端子１７ａ側につながり、電源
端子１７ａはプラス側の電源供給路Ｌａを介して負荷１
２に接続される。負荷１２に接続されたマイナス側の電
源供給路Ｌａ′は電源端子１７ｂを介して直流電源１４
ａのマイナス側に接続される。

【００２４】負荷１２の両端からはさらにセンス（SENS
E）端子１８ａ，１８ｂが導出され、負荷１２の両端電
圧がセンスされる。そのため、このセンス端子１８ａ，
１８ｂ間に得られる電圧はまず直列接続された３つの抵
抗器１９ａ〜１９ｃよりなる電圧検出手段１９によって
分圧されて所定値のリファレンス電圧ＲＥＦａとなさ
れ、これがシャントレギュレータ２０のリファレンス端
子に与えられる。

【００２５】負荷１２への駆動電圧が変動すると、その
変動分がセンスされてリファレンス電圧ＲＥＦａも変動
し、これに応じて負荷端の電圧が一定するように負帰還
がかかり駆動電圧の安定化が図られる。

【００２６】そして、このセンス端子１８ａ，１８ｂ間
に得られる負荷電圧が過電圧検出手段３０に供給され
る。過電圧検出手段３０は図のように抵抗器３１と直列
にシャントレギュレータ３２が接続されたものである。
この場合のシャントレギュレータ３２も図２と同じ構成
であるが、この場合には電圧比較器として機能し、リフ
ァレンス端子への印加電圧ＲＥＦｂが内部に設けられた
基準電圧Ｖrefよりも高くなったとき始めてカソード・
アノード間に電流（シャント電流）が流れるようにな
る。

【００２７】そのため、センス端子１８ａ，１８ｂに与
えられた負荷電圧が一対の抵抗器３３ａ，３３ｂの分圧
回路３３を介してリファレンス端子にそのリファレンス
電圧ＲＥＦｂとして供給される。また接続中点ｐに得ら
れる検出電圧Ｃｖ′がインバータ３４で反転され、反転
された検出電圧Ｃｖが過電圧検出出力として使用され
る。過電圧状態となると、シャントレギュレータ３２が
動作して点ｐがほぼ接地電位となるからインバータ３４
からの検出出力Ｃｖはこのとき始めてハイレベルとな
る。

【００２８】検出すべき過電圧の値としては次のように
選ぶことができる。負荷１２として使用されるＩＣ回路
が正常に動作する保証電圧としては、殆どの場合その減
電圧側で４．７５Ｖ、過電圧側で５．２５Ｖで、通常は
５Ｖの電圧が駆動電圧として与えられている。このよう
なＩＣ回路が負荷１２として使用されているときには、
５Ｖの電圧から０．２５Ｖ（２５０ｍＶ）高い電圧が過
電圧検出電圧として選ばれる。

【００２９】したがってリファレンス電圧ＲＥＦｂが内
部基準電圧Ｖｒｅｆより２５０ｍＶ上昇すると、この過
電圧検出手段３０が動作して過電圧検出出力Ｃｖが得ら
れる。なお、この検出タイミングでは出力電圧ＶａとＶ
ｂとの差分が５０ｍＶを超えているので第２の安定化電
源回路１０Ｂはカットオフ状態になっている。

【００３０】この発明ではさらに過電流検出手段４０が
設けられる。本例では過電圧になって並列運転が単独運
転に切り換えられることによって、出力電流ＩａとＩｂ
との間でもアンバランスになることを利用したもので、
過電圧側の電源回路に対しては電源制御手段を動作さ
せ、カットオフされる側の電源回路では電源制御手段を
動作させないようにすることによって、結果的に過電圧
に伴う過電流を検出するようにしている。

【００３１】過電流形成手段４０は電圧比較器４１を有
する。そしてマイナス電源−Ｂに接続された一対の抵抗
器４２ａ，４２ｂで基準電圧発生手段４２が構成され、
これより得られるマイナス電圧−Ｖｒが基準電圧として
電圧比較器４１の非反転端子に供給される。電圧比較器
４１に設けられた反転端子は電源供給線、本例ではマイ
ナス電源供給路Ｌａ′の適当な位置（図では点ｄ）に接
続される。

【００３２】ここで、電源供給路Ｌａ′はその負荷端
ｃ′から検出点ｄまでの間で微小ではあるが線路インピ
ーダンス（数１０ｍΩ〜数１００ｍΩ程度）が存在す
る。電源供給路Ｌａ′に出力電流Ｉａが流れている間で
はこの線路インピーダンスによる電圧降下（負荷端ｃ′
から見てマイナス電圧−Ｖｄ）が発生している。しか
し、出力電圧のバランスが崩れて一方の安定化電源回路
がカットオフするとその回路には出力電流が流れない。

【００３３】そこで、出力電流Ｉａが流れているときは
電圧比較器４１からは常にハイレベルの比較出力（電流
検出出力）Ｃｉが得られるように、−Ｖｒ＞−Ｖｄのよ
うに選ばれている。したがって出力電流Ｉａがゼロにな
ると、反転端子側の電位の方が高くなって、電流検出出
力Ｃｉはローレベルに反転する。

【００３４】過電圧検出出力Ｃｖと過電流検出出力Ｃｉ
とはアンド回路４５で論理積され、そのアンド出力が過
電圧制御信号として電源制御手段を構成するスイッチン
グ素子、この例ではＳＣＲ５０のトリガー端子に供給さ
れる。このＳＣＲ５０は抵抗器２１側に接続され、過電
圧制御信号によってトリガーされてオン状態となる。

【００３５】上述した過電圧検出手段３０と過電流検出
手段４０、アンド回路４５および電源制御手段５０とそ
れぞれ同一の構成手段が、他方の安定化電源回路１０Ｂ
にも設けられている。したがって電源端子１７ｃ，１７
ｄと負荷１２との間は電源供給路Ｌｂ，Ｌｂ′によって
連結され、負荷電圧がセンス端子１８ｃ，１８ｄに導か
れる。

【００３６】さて、このように構成されたリダンダント
型安定化電源装置１０の過電圧検出動作を図４を参照し
て説明する。

【００３７】上述したように過電圧検出手段３０にあっ
て、正常動作時はＶａ＝Ｖｂ（＝ＶL），Ｉａ＝Ｉｂ
（＝ＩL）となって、並列運転状態にある。

【００３８】図４Ａのように何らかの原因で第１の安定
化電源回路１０Ａの出力電圧Ｖａが時点Ｔ１より異常に
上昇し始めたとする。両者の電位差が５０ｍＶ以上にな
ると第２の安定化電源回路１０Ｂはカットオフ状態と同
じ状態になる。したがって出力電流Ｉａは上昇を続ける
が、他方の出力電流Ｉｂは次第に下降し始める。過電圧
状態で出力電流Ｉａが上昇しても、電圧比較器４１に対
する電圧関係は反転しないので、その出力である電流検
出出力Ｃｉ（第１の検出出力）は依然としてハイレベル
の状態を保持する（図４Ｂ）。

【００３９】出力電圧Ｖａが過電圧として定めた電圧Ｖ
ｘまで上昇すると（時点Ｔ３）、そのときの基準電圧Ｒ
ＥＦｂによってシャントレギュレータ３２が動作して、
過電圧検出出力Ｃｖはハイレベルに反転する（図４
Ｃ）。その結果、時点Ｔ３で始めて電源制御信号（第１
の電源制御信号）Ｔａがハイレベルとなり（図４Ｄ）、
これによってＳＣＲ５０がトリガーされてこれがオンす
る。

【００４０】ＳＣＲ５０がオンすると、電源１４ａが抵
抗器２１を介してシャントされるから出力電圧Ｖａがゼ
ロになり、これに伴って出力電流Ｉａもゼロになる。

【００４１】一方、第２の安定化電源回路１０Ｂでも同
様な検出動作が同時に行われている。図示はしないが、
この安定化電源回路１０Ｂに設けられた過電圧検出手段
３０では過電圧状態が検出されるので、図４Ｃと同様な
過電圧検出出力Ｃｖが得られる。

【００４２】これに対して同じ安定化電源回路１０Ｂに
設けられた過電流検出手段４０では次のような動作が行
われる。

【００４３】図４Ａのように出力電流Ｉｂが降下し始
め、そのときの電圧降下分−Ｖｄが、基準電圧−Ｖｒを
超える時点Ｔ２になると、電圧比較器４１の出力が反転
する。つまり図４Ｅのように第２の電流検出出力Ｃｉが
ローレベルに反転する。この反転タイミングは過電圧検
出タイミング（時点Ｔ３）よりも前である。アンド回路
４５に入力する検出出力ＣｖとＣｉとのタイミング関係
は図４Ｃ，Ｅの関係にあるから、アンド出力である第２
の電源制御信号Ｔｂ（図４Ｆ）は正常動作モード時と同
じローレベルの状態を保持する。その結果、他方の安定
化電源回路１０ＢではＳＣＲ５０はトリガーされること
はない。

【００４４】ＳＣＲ５０のオンによって第１の安定化電
源回路１０Ａがシャントされると、その出力電圧Ｖａは
負荷１２と、この負荷の両端に接続されたデカップリン
グ用コンデンサ（図示はしない）とで決まる時定数によ
って時点Ｔ３から降下し始める。そして、Ｖｂ＞Ｖａと
なる時点Ｔ４で負荷１２は第２の安定化電源回路１０Ｂ
のみで完全に駆動されることになる。したがって負荷１
２に供給される出力電圧の関係を見ると図４Ｇのように
なり、図４Ａからも明らかなように負荷１２には継続し
て動作電圧ＶLが供給され、電源の瞬断は発生しない。

【００４５】時点Ｔ３とＴ４の間はデカップリングコン
デンサによる放電電流によって負荷１２に駆動電圧が供
給される。

【００４６】このように第１の安定化電源回路１０Ａが
過電圧状態となったときはこれを遮断し、正常な第２の
安定化電源回路１０Ｂのみで動作させることができる。
第２の安定化電源回路１０Ｂ側が過電圧を起こした場合
でも上述したと同様な動作となることは容易に理解でき
る。

【００４７】過電圧状態が検出されたときには、過電圧
状態で、電源が遮断状態となっている安定化電源回路が
何れの電源回路であるかをオペレータに知らせるため、
警告灯やブザー（何れも図示はしない）を設けて、これ
を駆動するようにすることもできる。

【００４８】図１ではマイナス電源供給路Ｌａ′，Ｌ
ｂ′側を流れる電流を検出することによって、結果的に
過電圧を検出するように構成されているが、プラス側電
源供給路Ｌａ，Ｌｂを流れる電流を検出しても過電圧を
検出できる。過電圧検出手段３０は兼用構成でもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、並列
運転を行うリダンダント型安定化電源回路にあって、負
荷端に印加される過電圧を検出する過電圧検出手段と、
電源供給ラインを流れる電流を検出する電流検出手段を
設け、負荷への過電圧状態が検出されたときで、そのと
きの電流検出出力が変化していないときには、電源制御
手段が制御されて、過電圧側となる安定化電源回路から
の電源供給が遮断されるようにしたものである。

【００５０】これによれば、過電圧状態となっても負荷
の保証電圧を維持しながら電源回路の自動切り替えを実
現できると共に、過電圧状態となっている安定化電源回
路を正確に特定できるから、それに対する爾後処理も万
全となる。

【００５１】したがってこの発明はＡＶサーバやコンピ
ュータ装置など電源瞬断によっても負荷の保証電圧を維
持しなければならない電源装置などに適用して極めて好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るリダンダント型安定化電源装置
の一実施態様を示す要部の系統図である。

【図２】シャントレギュレータの構成図である。

【図３】そのシンボルマークである。

【図４】この発明に係る安定化電源装置の過電圧時の動
作説明図である。

【図５】リダンダント型安定化電源装置の従来例を示す
系統図である。

【図６】並列運転の動作説明図である。

【図７】過電圧動作時の説明図である。

【符号の説明】

１０・・・安定化電源装置、１０Ａ，１０Ｂ・・・安定
化電源回路、１２・・・負荷、１６・・・シリーズレギ
ュレータ、２０・・・シャントレギュレータ、３０・・
・過電圧検出手段、４０・・・過電流検出手段、４５・
・・アンド回路、５０・・・電源制御用ＳＣＲ、ｃ，
ｃ′・・・センス端、Ｌａ，Ｌａ′・・・電源供給路、
Ｑ・・・シリーズトランジスタ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの安定化電源回路を並列的に負荷に
   供給して上記負荷を同時に駆動する並列運転用リダンダ
   ント型安定化電源装置において、 上記安定化電源回路には負荷端に印加される過電圧を検
   出する過電圧検出手段と、 電源供給ラインを流れる電流を検出する電流検出手段
   と、 電源制御手段とを有し、 上記負荷への過電圧状態が検出されたときで、そのとき
   の電流検出出力が変化していないときには、上記電源制
   御手段が制御されて、過電圧側となる安定化電源回路か
   らの電源供給が遮断されるようになされたことを特徴と
   するリダンダント型安定化電源装置。
2. 【請求項２】 上記一方の安定化電源回路が遮断された
   ときには、他方の安定化電源回路のみで負荷が駆動され
   るようになされたことを特徴とする請求項１記載のリダ
   ンダント型安定化電源装置。
3. 【請求項３】 上記過電圧検出手段は、電源供給路に対
   して抵抗器を介してシャントレギュレータが接続される
   と共に、上記抵抗器との接続中点の電圧がインバータに
   供給されるように構成され、 上記接続中点の電圧が過電圧検出電圧として利用される
   ようになされたことを特徴とするリダンダント型安定化
   電源装置。
4. 【請求項４】 上記過電流検出手段は、出力電流を電圧
   変化として検出するように電圧比較器が設けられ、 その一方に基準電圧が供給され、他方には上記負荷のセ
   ンス端と、信号ラインの電流検出端との間のラインイン
   ピーダンスに伴う電圧降下分が供給されるように構成さ
   れたことを特徴とする請求項１記載のリダンダント型安
   定化電源装置。
5. 【請求項５】 過電圧側となる安定化電源回路の出力電
   圧によって、他方の安定化電源回路がカットオフされる
   と共に、 他方の安定化電源回路に設けられた過電流検出手段で
   は、カットオフされたときの出力電流によって過電流検
   出手段に設けられた電圧比較器の比較出力が反転して、
   他方の安定化電源回路に設けられた電源制御手段に対す
   る電源制御信号が出力されないようにしたことを特徴と
   する請求項１記載のリダンダント型安定化電源装置。
6. 【請求項６】 上記過電圧検出手段の検出出力と、上記
   過電流検出手段の検出出力とのアンド出力が得られたと
   き、上記電源制御手段が制御されて電源供給が遮断され
   るようになされたことを特徴とする請求項１記載のリダ
   ンダント型安定化電源装置。
7. 【請求項７】 上記電源制御手段としては、ＳＣＲなど
   のスイッチング素子が使用されたことを特徴とする請求
   項１記載のリダンダント型安定化電源装置。