JPS59170916A - 安定化電源の並列運転方式 - Google Patents

安定化電源の並列運転方式

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JPS59170916A
JPS59170916A JP58044871A JP4487183A JPS59170916A JP S59170916 A JPS59170916 A JP S59170916A JP 58044871 A JP58044871 A JP 58044871A JP 4487183 A JP4487183 A JP 4487183A JP S59170916 A JPS59170916 A JP S59170916A
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昌弘 吉田
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Fuji Facom Corp
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/59Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に工業用として、例えば制御用マイクロ
コンピュータ用などとして用いられる安定化電源の並列
運転方式に関するものである。
一般に、電源装置を複数台並列に接続して電源システム
として用いることの目的としては、第1に電源供給の信
頼性を高めること、そして第2に電源容量の増大を図る
こと、の二つを挙げることができる。
第1図はダ・fオードつき合わせ方式と称される従来の
電源システムの一例を示したブロック図である。
同図において、電源1.電源2は、並列運転を行なわん
とする電源装置である。DI 、D2は、出力つき合わ
せ用ダイオードであり、電源運転中、二つの電源間での
出力電圧の誤差により、出力電圧の高い方の電源から出
力電流が、出力電圧の低い方の電源へ流れ込むのを防ぐ
だめのものである。
このように2台の電源が並列運転している場合、出力電
圧の高い方の電源が、はぼ100 %の負荷電流を供給
することになる。この状態で出力電圧の低い方の電源が
ダウンすると、出力電圧の高い方の電源が依然として負
荷に電源の供給を続け、負荷側への影響はない。一方、
出力電圧の高い方の電源がダウンすると、出力電圧の低
い方の電源が、あらたに負荷に電源を供給し始めるので
、この場合も負荷側はダウンしない。
このように、ダイオードつき合わせ方式による電源の並
列運転は、必要な部品点数が少なく簡便であるが、以下
に示す欠点がある。
(1)並列運転をしている電源間の出力電圧誤差が零に
なることは実際問題としてあり得ないだめ、両電源間の
負荷バランスをとることが困難であり、負荷電流が一方
の電源に集中してし丑う。従って、負荷電流が集中した
側の電源の温度−ヒ昇が犬となり、この電源単体ひいて
は電源システムとしての信頼性が低下する。電源システ
ムとしての信頼性が負荷電流の集中した側の電源によシ
支配されるだめ、並列運転する電源の台数を増加し2て
も信頼性の改善に結びつかない。
(2)並列運転を出力容量の増大を目的と1〜て行う場
合、負荷バランスが悪いため、片方の電源に負荷電流が
集中する関係で、電源を構成するトランジスタの容量も
大きくしなければならず、出力電圧対負荷電流の関係が
フの半時性となる過電流保護方式を採用してトランジス
タ容量の低減を図ろうとしても、それができない。
(3)負荷バランスが悪いため、出力電圧の高い方の電
源がダウンし、もう一方の電源に切シ換わる際、出力電
圧に大きなディップを生じる場合がある。
(4)つき合わせ用ダイオードDI、D2の特性によシ
、出力電圧が負荷電流、周囲温度等により変動し、出力
電圧を高精度に一定に保つことが困難である。
(5)負荷電流が大きな場合、つき合2わせ用ダイオー
ドDI 、D2における電力損失が大きくなり、効率が
低下する。
第2図はマスク・スレーブ方式と称される従来の電源シ
ステムを示しだ回路図である。
同図において、Mはマスク型の電源装置、Sはスレーブ
型の電源装置、Tr+ 、 T+zは出力電圧制御用ト
ランジスタ、AI、A2は誤差増幅器、ZDIは基準電
圧用ツェナーダイオード、R14,R24は出力電流検
出用抵抗である。
マスク電源Mは通常の安定化電源であり、誤差と十入力
側電圧(基準電圧となるツェナー電圧Vzn+ )とが
等しくなるように該誤差増幅器A1の出力によリトラン
ジスタTr1の導通を制御し、出力電圧EOを一定に維
持している。
一方、スレーブ電源Sにおいては、誤差増幅器A2の+
側入力電圧(b点電圧)が−個入力電圧(a点電圧)と
等しくなるように、該誤差増幅器A2の出力によりl・
ランジスタTrzの導通を制御し、出力電圧EOの一定
化を図っている。従ってマスク型iMから負荷へ供給さ
れる電流を11、スレーブ電源Sから負荷へ供給される
電流を12とすると、a点電圧とb点電圧が等しいとい
う条件から次の式が成立する。
12争R24=il・R14 ここでR24二几14とすると +  2  =  11 すなわち、マスク電源Mとスレーブ電源Sからそれぞれ
負荷に供給される電流は等しくなる。従って、第1図を
参照して説明したダイオードつき合せ方式の欠点は、マ
スク・スレーブ方式では、一部を除いてほとんど、解決
されている。しかし、マスク・スレーブ方式では新たに
っぎのような欠点が生じる。
(1)スレーブ電源がダウンした場合には、他のスレー
ブおよびマスクの電源によりバックアップされるが、マ
スク電源がダウンした場合には、スレーブ電源も共にダ
ウンしてしまう。そのため、並列運転している電源全体
の信頼性がマスク電源によって支配されてしまう。従っ
て、この方式では、スレーブ電源を増やすことにより、
出力容量の増大は可能であるが、信頼性の向上は期待で
きない。
化、それに伴なうコスト低減、保守管理の容易性等が図
シ難い。
この発明は、上述の欠点をすべて除去し、特に異った出
力容量の電源装置の組合せにおいても、その出力容量に
比例した出方電流の配分を行わせつつ、電源システムと
しての総出力容量の増大、および信頼性の向上が達成可
能な安定化電源の並列運転方式を提供することを目的と
する。
本発明の構成の第1の要点は、成る基準電圧と電源回路
の出力電圧とを比較し、両者間の誤差電圧を検出して電
流設定値として出力する誤差電圧検出手段と、分圧比の
配分比が当該の安定化電源の出力容量の配分比に等しく
なるように、前記電流設定値を分圧し出力電流設定値と
して出力する分圧手段ど、当該の安定化電源の出力電流
を検出する出力電流検出手段と、該出力電流検出手段に
おける検出電圧が前記出力電流設定値に等1. くなる
ように電源回路の出力電流を調節する電流調節手段とを
有して成る安定化電源を複数個並列に接続し、各安定化
電源における誤差電圧検出手段の出力側を共通母線で接
続し、各安定化電源に対し出力容量に比例した出力電流
の配分を行った点に化電流の出力電流検出手段の検出電
圧を出力容量に対応した出力電流において等しくなるよ
うにした点にある。
次に図を参照して本発明を説明する。
第3図は本発明の基礎原理および後述の他の実施例を示
す回路図であり、これによりまず各電源の出力容量が等
しい場合を説明する。同図において、電源l、定電源・
・・電源Nは、いずれも同一構成の安定化電源であり、
この場合、N台の電源の並列運転方式が示されている。
そして各電源は、おのおのの干出力、−出力が共通接続
きれると共に、共通母線Bによって図示の如く結合され
ている。電源1におけるTrlは出力電流11を操作し
、出力電圧EOを制御する出力電圧制御用トランジスタ
、Allは電流調節用増幅器、Al1はボルテージ・フ
ォロア(一種のインピーダンス変換器)、A 1.3は
電圧誤差増幅器、R11け電流設定値混合用抵抗、R1
5は出力電流検出用抵抗、ZDIは基準電圧用ツェナー
ダイオードである。
なお、電源2〜電源Nについては、電源lと同じ構成で
あるため、特に説明しない。ただし、電流調節用増幅器
Allの入力インピーダンスが電流設定値混合用抵抗R
11に比較して十分大の場合、ボルテージ・フォロアA
12は不要である。
まず、本方式で用いる電源を単体(電源1のみ)で運転
した時の動作を考えると、その出力電圧EOは、第2図
を参照して先に説明したのと同様にして次の式で表わせ
る。
もし、出力電圧がこの値からずれると、電圧誤差増幅器
A13から電圧誤差に見合った出力電圧Vj1が、出力
点の電流設定値として、抵抗R11、ボルテージ−フォ
ロアA12を介し電流調節用増幅器A]、1に入力点の
電流設定値Vi s 1として入力される。
電流調節用増幅器Allは、出力電流の設定値である電
流設定値Vi s lが出力電圧誤差に見合った値だけ
変化するので、電源の出力電流11を、従って出力電流
検出用抵抗R15における検出電圧11・R15を電流
設定値Vis1と一致させるように、トランジスタTr
lを制御し、それによって出力電圧EOを調節する。従
って、出力電圧の基準電圧からのずれである誤差はキャ
ンセルてれる。この場合、出力電流検出用抵抗几15部
分における電圧降下、すなわち前記検出電圧11・几1
5の大きさくd数1010−1O0程度であり、出力電
圧EOや出力電圧誤差に比し充分小さく、出力電圧EO
の検出値に対する影響を無視して考えることができる。
次に、N台の電源を第3図に示すような構成で並列接続
した場合を考える。各電源は、電流調節用増幅器(A1
1. 、A21.ANI )の−七入力端に人力きれる
電流設定値と同じ値の電流が出力きれるようにトランジ
スタ(T++ 、 Tr2. TrN)を制御すること
により出力電圧を調節する。ただし、N台の電源の並列
運転の場合、各電源における電流調節用増幅器に入力さ
れる電流設定値は、単独運転の場合と異なり、各電源の
電流設定値を電流設定値混合用抵抗、R,11、R21
・・・RNIにより混合して平均をとった値となる。並
列母線Bは、各電源の電流設定値と混合してその平均を
とるための役割を果たすラインである。
ここで、各電源における出力点の電流設定値をVi、 
、 Vi2・・・ViN各ボルテージ拳フォロアの入力
インピーダンスをZil  Zi2 、・・・ZiN 
とすると電源1の電流誤差増幅器、A11に入力される
入力点の電流設定値Vis+は、次式で表わされる。
十           ・・・・・・・・・となる(
ただしZi =Ziz// Zi2/・・・・トヴIN
とする)。
なお、一般に、R17’R2と記したら、それは重ねの
理を用いて算出できるものであるが、その算出過程は繁
雑になるので記さない。
ここで、 R11−=R21−・川・・=RN□=比と
する。また、ボルテージ−フォロアAi2 、 A22
・・曲AN2の入力(ンビーダンスが上記抵抗几にくら
べて十分大きければ上式は、次のように変形できる。
Vis1=−ニー(V+:+ +Vi2t   +V(
:A/ )〜 従って電源1の人力点の電流設定値は、各電源の出力点
の電流設定値の平均値となる。また電源2〜電源Nの電
流設定値も電源1の人力点の電流設定値Vi s 1と
同じ値となるため、各電源の負荷バランスがとれる。こ
のため、各電源の温度上昇も、ダイオードつき合わせ方
式の場合と比較して、平等に小さく信頼性の点から有利
である。
さて、電源N台で並列運転中、出力電流の合計をIとす
ると、各電源の出力はI/Nとなる。ここで、並列運転
中の電源の1台がダウンすると、残った(N−1)台の
電源は、それぞれI/N (N−1)だけ、出力電流を
増1−、ダウンした電源の出力分をおぎなう。従って、
個々の電源の出力容量がランに対応できる。さらに並列
運転台数Nをふやせば同時に複数台の電源がダウンして
も、残った電源によ、リバックアップ可能な高信頼性電
源を構成できる。
また、電源N台の並列運転で、電源ダウン時のバックア
ップが不要であれば、(Nxi)まで出力を取り出すこ
とが可能である(但しiは電源1台当シの出力容量)。
従って、出力容量の増大が必要な場合、それに晃合っだ
台数の電源を加えれば良い。もちろん、電源ダウン時の
バックアップ機能を有した−1ま、出力容量を増大させ
ることも可能である。
次に本発明の主眼である出力容量の異なる電源の並列運
転方式について説明する。第4図は本発明の一実施例を
示すもので、第3図と異るところは各ボルテージ・フォ
ロアAI2〜AN2の出力電圧をそれぞれ分圧用の抵抗
、Rla−RNaおよびR1b〜几Nbで分圧した新た
な電流設定値である出力電流設定値Vjs 1〜Vj8
Nを電流調節用増幅器AIl〜ANIの入力としている
点である。このような構成とすし れば、前述の平均の電流設定値V8s+を分圧し、改め
て各電源の出力容量に応じた出力電流設定値VJ81〜
Vj8Nを比例配分して与えることができる。すなわち
N台の電源を本方式で並列運転する場合発電源の出力容
量に対応する出力電流をII、I2.・・曲。
IN とすると、各電源(番号K)における分圧用の抵
抗几Ka、RKbを次式を満たすように設定l−ておけ
ば、効率的な並列運転が可能である。
11:I2ニー 二IN=   Vjsl    : 
  Vjs 2   ニー:   Vjs Nこの場合
各軍流調節用増幅器(A11〜ANI)は各電源の、そ
の時々の出力電流を11〜iNとすると、前述と同様に Vj8.=111IR15 VjsN= 1N−RN5 となるように出力電流11〜iNを調節する。従って各
電源の出力電流検出用抵抗が等しく、すなわち ■(15−・・・=RN5    であればII : 
I2 :・・・: IN= N : 12 :・・・+
Nとなって各電源は常にそれぞれ出力容量に比例した出
力電流を分担す゛ることかできる。
なお上記の実施例のように出力電流検出用抵抗■(15
〜RN5が全て等しい構成の場合は、前記分圧用の抵抗
RKa 、 RKb Id小容量のもので足り、従って
これらに代る小形の半固定抵抗などを用いることによυ
、出力電流の設定を、電源の出力容量に合わせ、可変と
することが容易となる。すなわち同・−の部品構成とし
て標準化できる利点がちる。
しかし比較的容最の大きいものではあるが、前記出力電
流検出用抵抗几15〜凡N5 を変えることによっても
出力電流の配分は可能でありこれも本発明に包含される
。この場合の回路構成は外見」二第3図と同じであり前
記分圧用の抵抗RKa 、 RKbは不要となる。この
場合は各電源の出力容量:に対応する出力電流■1〜I
Nと、出力電流検出用抵抗R15〜RN5について、 11・R15−・・・=IN−R,N5    すなわ
ちの関係を満たすように出力電流検出用抵抗を選べばよ
いことは前述の説明から容易に推察できるであろう。
この発明によれば、ダイオードつき合せ方式、マスタ・
スレーブ方式等における欠点をすべて除去して、共通部
を必要とせず全くか、もしくはほぼ同一の回路構成によ
り、出力容量の異なる複数の電源の効率的な並列運転が
可能となる。
この発明は、すでに説明したシリーズ−レギュレータの
他、スイッチング・レギュレータにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図社それぞれ従来の電源システムの一
例を示すブロック図、第3図は本発明の基礎原理および
他の実施例を示す回路図、第4図は本発明の一実施例を
示す回路図である。 符号説明 1.2.N・・・電源、B・・・並列母線、 A−11
、A21 。 ANI・・・電流調節用増幅器、A13.A″2:3.
AN3・・・電圧誤差増幅器、R15、R25、RN5
・・・出力電流検出用抵抗、R1a 、R2a 、RN
a 、Rlb 、’R2b 、RNb −抵抗。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)成る基準電圧と電源回路の出力電圧とを比較し、両
    者間の誤差電圧を検出して電流設定値として出力する誤
    差電圧検出手段と、分圧比の配分比が当該の安定化電源
    の出力容量の配分比に等しくなるように、前記電流設定
    値を分圧し出力電流設定値として出力する分圧手段と、
    当該の安定化電源の出力電流を検出する出力電流検出手
    段と、該出力電流検出手段における検出電圧が前記出力
    電流設定値に等しくなるように電源回路の出力電流を調
    節する電流調節手段とを有して成る安定化電源を複数個
    並列に接続し、各安定化電源における誤差電圧検出手段
    の出力側を共通母線で接続し、各安定化電源に対し出力
    容量に比例した出力電流の配分を行ったことを特徴とす
    る安定化電源の並列運転方式。 、2)成る基準電圧4と電源回路の出力電圧とを比較し
    、両者間の誤差電圧を検出して電流設定値として出力す
    る誤差電圧検出手段と、当該の安定化電源の出力電流を
    検出し、当該の安定化電源の出力容量に対応した出力電
    流において等しい検出電圧を出力する出力電流検出手段
    と、該出力電流検出手段における検出電圧が前記電流設
    定値に等しくなるように電源回路の出力電流を調節する
    電流調節手段とを有して成る安定化電源を複数個並列に
    接続し、安定化電源における誤差電圧検出手段の出力側
    を共通母線で接続し、各安定化電源に対し出力容量に比
    例した出力電流の配分を行ったことを特徴とする安定化
    電源の並列運転方式。
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