TW201429100A - 並聯運轉電源裝置 - Google Patents

Abstract

切換電源裝置(2m)及(2s)係藉由切換元件驅動用PWM脈衝輸出部(28m)及(28s)根據時脈訊號所生成的PWM脈衝，將IGBT(10m)及(10s)進行切換控制，對負荷(5)並聯供給直流電力。在主切換電源裝置(2m)內所生成的時脈訊號，透過主切換電源裝置(2m)的光耦合器(36m)、及從屬切換電源裝置(2s)的光耦合器(38s)而被供給至從屬切換電源裝置(2s)。透過光耦合器(36m)所被輸出的前述時脈訊號係透過光耦合器(38m)而被供給至主切換電源裝置(2m)。光耦合器(36m)、(38m)及(38s)係具有相同延遲特性。

Description

並聯運轉電源裝置

本發明係關於電源裝置，尤其係關於將複數台電源裝置進行並聯運轉者。

以往，在並聯運轉電源裝置中，流至電源裝置間的橫流的抑制成為課題。例如在日本專利公開公報2010-158125號公報所揭示之技術中，係以如下所示之態樣進行橫流的控制。由第1切換電源流至第2切換電源的橫流、及由負荷流至第1切換電源的電流，以作為共有電流而流至共同模式抗流線圈的方式，將共同模式抗流線圈配置在第1及第2切換電源與負荷之間，同樣地，將由第2切換電源流至第1切換電源的橫流、及由負荷流至第2切換電源的電流，以作為共有電流而流至其他共同模式抗流線圈的方式，將其他共同模式抗流線圈配置在第1及第2切換電源與負荷之間。

近年來，切換電源大多進行數位控制。將切換電源所具備的切換元件進行ON、OFF控制的控制部係根據基準時脈訊號來生成用以進行ON、OFF控制的切換 訊號。若將如上所示之切換電源進行並聯運轉時，若各切換電源獨自生成基準時脈訊號，會在各基準時脈訊號的相位產生偏離，切換元件的ON、OFF時序按每個切換電源偏離，結果，會有發生橫流的情形。此外，為了抑制被供給至負荷的電流的漣波份，必須使在各切換電源的切換元件的切換時序正確地錯開來進行控制，此亦若基準時脈訊號的相位按每個切換電源而異時，則極為困難。

本發明之目的在提供可抑制橫流發生、或使輸出所包含的漣波降低的並聯運轉電源裝置。

本發明之一態樣的並聯運轉電源裝置係具有複數切換電源裝置。該等複數切換電源裝置係具備有切換元件，藉由根據時脈訊號所生成的切換訊號來將切換元件進行切換控制，在2個輸出端子間生成輸出。所生成的輸出係可形成為交流，亦可形成為直流。以切換訊號而言，係可使用例如PWM訊號。前述複數切換電源裝置的前述2個輸出端子作並聯連接。以切換元件而言，係可使用例如IGBT、雙極電晶體或MOSFET，可設置單數或複數切換元件。前述複數切換電源裝置之中1台例如主切換電源裝置所生成的前述時脈訊號，作為前述時脈訊號而被供給至其他前述切換電源裝置，例如從屬切換電源裝置。該供給係透過主切換電源裝置所具備的傳達電路、及前述從屬切換電源裝置所具備的傳達電路來進行。例如，將主切換 電源裝置的傳達電路設為輸出傳達電路，將從屬切換電源裝置所具備的傳達電路設為輸入傳達電路。前述輸出及輸入傳達電路係具有相同延遲特性。將透過前述主切換電源裝置的前述輸出傳達電路所被輸出的前述時脈訊號，透過具有與前述各傳達電路為相同延遲特性的其他傳達電路，例如主側輸入傳達電路，再供給至主切換電源裝置，而生成前述切換訊號。以各傳達電路而言，係以該等之輸入側與輸出側呈絕緣的絕緣型者，例如光耦合器為宜。

在如上所示所構成的並聯運轉電源裝置中，來自主切換電源裝置的時脈訊號係藉由主切換電源裝置的輸出傳達電路來接受延遲，另外藉由從屬切換電源裝置的輸入傳達電路來接受延遲，而被供給至各從屬切換電源裝置。亦即，被取入至各從屬切換電源裝置內的時脈訊號係藉由2台傳達電路而接受2次延遲。被取入至主切換電源裝置內的時脈訊號係將被供給至主切換電源裝置的輸出傳達電路的時脈訊號，透過主切換電源裝置所具備的主側輸入傳達電路予以供給，仍然受到2次延遲。接著，各傳達電路係均具備有相同延遲特性。因此，分別被取入至主切換電源裝置及從屬切換電源裝置的時脈訊號係受到相同延遲者，相位一致。根據相位一致的時脈訊號，可使主切換電源裝置及從屬切換電源裝置所生成的切換訊號的相位一致。結果，可抑制橫流發生，或可抑制輸出的漣波發生。

前述主及從屬切換電源裝置係可形成為具有使時脈訊號與基準訊號同步的時脈同步控制部者。此時， 透過前述從屬切換電源裝置所具備的前述輸入傳達電路而被供給至從屬切換電源裝置的時脈訊號會被供給至前述時脈同步控制部。前述主切換電源裝置係具有基準時脈訊號源，將來自該基準時脈訊號源的時脈訊號供給至前述傳達電路，由前述傳達電路所被輸出的時脈訊號透過前述其他傳達電路而被供給至前述時脈同步控制部。

前述各切換電源裝置係可形成為在輸出側具有電抗器、及平滑電容器者。電抗器係在切換電源的一方的輸出側與2個輸出端子之中的一方之間作串聯連接，平滑用電容器係可在2個輸出端子間作並聯連接。如上所示在切換電源裝置具備有平滑用電容器的並聯運轉電源裝置中，由於有平滑用電容器成為上述橫流發生原因的情形，因此在藉由如上所述的態樣來抑制橫流發生，有其意義。

此外，前述各切換電源裝置係可形成為具有具備有前述切換元件的降壓部、升壓部或升降壓部者。由於構成為如上所示，並聯運轉電源裝置係可形成為對應被連接在2個輸出端子間的負荷所要求的電壓者。

2m、2s‧‧‧切換電源裝置

3‧‧‧商用交流電源

4m、4s‧‧‧直流部

5‧‧‧負荷

5n‧‧‧負輸入端子

6m‧‧‧平滑用電容器

8m‧‧‧降壓部

10m、10s‧‧‧IGBT

12m‧‧‧二極體

14m、14s‧‧‧電流檢測器

16m‧‧‧電流檢測器

18m‧‧‧輸出端子

20m、20s‧‧‧輸出端子

22m‧‧‧平滑用電容器

24m、24s‧‧‧控制器

28m、28s‧‧‧切換元件驅動用脈衝輸出部

30m、30s‧‧‧數位訊號處理裝置

32m、32s‧‧‧時脈同步控制部

34m、34s‧‧‧基準時脈訊號源

36m、36s、38m、38s、40m、40s、42m、42s、44m、44s‧‧‧光耦合器(PHC)

圖1係本發明之一實施形態之並聯運轉電源裝置的區塊圖。

圖2係圖1的並聯運電源裝置的詳細區塊圖。

圖3係圖1的並聯運轉電源裝置的控制部的區塊圖。

本發明之1實施形態之並聯運轉電源裝置係如圖1所示，具有複數台，例如2台切換電源裝置2m及2s。2台切換電源裝置2m及2s係例如將由商用交流電源3所被供給的交流電力轉換成直流電力的交流-直流轉換裝置(AC-DC)。該等切換電源2m及2s各自的直流輸出電力，例如被並聯供給至如燈般的負荷5。2台切換電源裝置2m與2s係同一構成。因此，僅詳細說明切換電源裝置2m。將表示切換電源裝置2m的構成要素的符號，以數字、及該數字末尾的英文字母m表示，表示切換電源裝置2s的構成要素之中與切換電源裝置2m的構成要素相對應者的符號係以與對應者共通的數字、及將該數字末尾的英文字母設為s者來表示。

如圖2所示，切換電源裝置2m係具有直流部4m。直流部4m係將來自商用交流電源3的交流電力轉換成直流電力者，藉由例如力率改善電路、變壓器及整流部所構成。該直流部4m的直流輸出係藉由連接於直流部4m的2個輸出側間的平滑用電容器6m予以平滑且被供給至降壓部8m。

降壓部8m係具有切換元件，具體而言為IGBT10m，其集極連接於直流部4m的其中一方輸出側，例如正極+側，射極連接於二極體12m的陰極。二極體12m的陽極係連接於直流部4m的另一方輸出側，例如負極-側。IGBT10m與二極體12m的連接點係透過電抗器 14m與例如電流檢測器16m的串聯電路而連接於其中一方輸出端子18m。另一方輸出端子20m係連接於二極體12m的陽極。在輸出端子18m及20m間係連接有平滑用電容器22m。以電流檢測器16m而言，係可使用例如霍爾電流轉換器或分路電阻器者。

在IGBT10m係由控制手段，例如控制器24m被供給切換訊號，例如PWM脈衝訊號。該PWM脈衝訊號係根據表示藉由電流檢測器16m所被檢測到的電流的來自電流檢測器16m的電流檢測訊號，而在控制器24m中被生成。藉由該PWM脈衝訊號，IGBT10m係被進行ON及OFF控制。經ON及OFF控制的IGBT10m與電抗器14m合作而將直流部4m的輸出電壓降壓，經降壓的輸出電壓被供給至輸出端子18m、20m間。

連接有切換電源裝置2m、2s的相同極性的輸出端子18m及18s，且連接有相同極性的輸出端子20m及20s。亦即，輸出端子18m、20m及18s、20s彼此並聯連接。所連接的輸出端子18m及18s被連接在例如燈般的1個負荷5的其中一方端子，例如正輸入端子5p，所連接的輸出端子20m及20s被連接在負荷5的另一方端子，例如負輸入端子5n，結果，對負荷5供給直流電力。

控制器24m係如圖3所示，具有輸出對IGBT10m的PWM脈衝訊號的切換元件驅動用脈衝輸出部28m。控制器24m亦具有數位訊號處理裝置30m。數位訊號處理裝置30m係具有時脈同步控制部32m。切換元件驅 動用脈衝輸出部28m係根據時脈同步控制部32m的輸出而生成PWM脈衝訊號。藉由該輸出，控制PWM脈衝訊號的切換周期。在時脈同步控制部32m係被供給基準時脈訊號、及同步目標值，時脈同步控制部32m係使基準時脈訊號的相位與同步目標值相一致，時脈同步控制部32m係將具有與同步目標值相一致的相位的基準時脈訊號亦即輸出，供給至切換元件驅動用脈衝輸出部28m。基準時脈訊號係以往發生數位訊號處理裝置30m所具備的基準時脈訊號源34m而直接供給至時脈同步控制部32m。

若在切換電源裝置2m中，將基準時脈訊號源34m的基準時脈訊號供給至時脈同步控制部32m，在切換電源裝置2s中，將基準時脈訊號源34s的基準時脈訊號供給至時脈同步控制部32s，則會有基準時脈訊號源34m的基準時脈訊號、與基準時脈訊號源34s的基準時脈訊號的相位發生偏離的可能性。此時，根據基於相位不同的基準時脈訊號的時脈同步控制部32m及32s的輸出，若切換元件驅動用PWM輸出部28m及28s分別輸出PWM脈衝訊號時，會有IGBT10m及10s的ON的時序發生偏離、或OFF的時序發生偏離，而在切換電源裝置2m與切換電源裝置2s之間流通橫流的可能性。例如，若根據藉由電流檢測器14m、14s所檢測的電流來進行IGBT10m及10s的電流控制時，若切換等時序發生偏離，因平滑用電容器22m及22s與配線的電感成分的共振現象，而容易流通橫流。為防止該情形，必須使被供給至時脈同步控制部32m 及32s的基準時脈訊號的相位一致。此外，若必須抑制在負荷5流通的負荷電流所含有的漣波時，必須例如使IGBT10m與10s呈ON、或呈OFF的時序錯開預定量。亦為了使該錯開的時序正確地錯開預定量，必須使被供給至時脈同步控制部32m及32s的基準時脈訊號的相位一致。

例如考慮將切換電源裝置2m的基準時脈訊號源34m的基準時脈訊號亦供給至切換電源裝置2s的時脈同步控制部32s，使兩切換電源裝置2m及2s的基準時脈訊號的相位一致。亦即，考慮使用切換電源裝置2m作為主切換電源裝置，使用切換電源裝置2s作為從屬切換電源裝置2s。此時，考慮將切換電源裝置2m的基準時脈訊號源34m的基準時脈訊號，使用切換電源裝置2m所具備的傳達電路，例如絕緣型的傳達電路，具體而言為光耦合器(PHC)36m、及切換電源裝置2m所具備的傳達電路，例如光耦合器38s，而供給至切換電源裝置2s的時脈同步控制部32s。之所以使用絕緣型的光耦合器36m、38s，係為了抑制在傳送中，雜訊與基準時脈訊號相重疊而發生控制電路錯誤動作的情形之故。

在光耦合器36m及38s係使用具有相同延遲特性者，但是在各自的輸出側所產生的基準時脈訊號係分別產生例如延遲量θ的延遲。因此，若將切換電源裝置2m的基準時脈訊號，透過光耦合器36m及38s而供給至從屬切換電源裝置2s的時脈同步控制部32s時，基準時脈訊號係以光耦合器36m接受延遲量θ的延遲，另外以 光耦合器38s接受延遲量θ的延遲。另一方面，由基準時脈訊號源34m直接被供給至時脈同步控制部32m的基準時脈訊號係不會受到延遲，而被供給至時脈同步控制部32s的基準時脈訊號，相對於被供給至時脈同步控制部32m的基準時脈訊號，產生延遲量2 θ的延遲。在維持產生該延遲的情形下，根據時脈同步控制部32m及32s的輸出，若切換元件驅動用PWM脈衝輸出部28m及28s生成PWM脈衝訊號，則PWM脈衝訊號的相位不一致，如上所述發生橫流，或無法進行漣波的抑壓。

因此，透過主切換電源裝置2m所具備的其他光耦合器38m(該光耦合器38m具有與光耦合器36m、38s為相同延遲特性者)，將由光耦合器36m被輸出的基準時脈訊號送回至主切換電源裝置2m而供給至時脈同步控制部32m。光耦合器38m係與光耦合器36m、38s為相同延遲特性者，因此在光耦合器38m作為輸出所產生的基準時脈訊號係在光耦合器36m接受延遲量θ的延遲，另外在光耦合器38m接受延遲量θ的延遲。因此，被供給至時脈同步控制部32m、32s的基準時脈訊號係來自基準時脈訊號源34m的基準時脈訊號受到延遲量2 θ的延遲者，相位一致。因此，主切換電源裝置2m及從屬切換電源裝置2s的時脈同步控制部32m及32s的輸出係成為相位一致者。結果，可使切換元件驅動用PWM脈衝輸出部28m及28s所發生的PWM脈衝訊號的相位一致，或可正確地以預定量，相位形成為不同者。

其中，主切換電源裝置2m的數位訊號處理裝置30m、與從屬切換電源裝置2s的數位訊號處理裝置30s係為了進行並聯運轉，由數位訊號處理裝置30m，將運轉訊號，透過主切換電源裝置2m所具備的光耦合器40m、及從屬切換電源裝置2s所具備的光耦合器40s而供給至從屬切換電源裝置2s的數位訊號處理裝置30s。同樣地，將來自數位訊號處理裝置30s的運轉訊號，透過從屬切換電源裝置2s所具備的光耦合器42s、及主切換電源裝置2m所具備的光耦合器42m而供給至主切換電源裝置2m的數位訊號處理裝置30m。此外，數位訊號處理裝置30m及30s透過各自所具備的光耦合器44m及44s亦進行串列通訊。

在上述實施形態中，係使用切換電源裝置2m及2s的2台，但是亦可使用更多台數的切換電源裝置。此外，使用交流-直流轉換裝置作為各切換電源裝置2m及2s，但是亦可使用直流-直流轉換裝置或直流-交流轉換裝置來取代之。此外，各切換電源裝置係形成為具備有降壓部8m及8s者，但是並非侷限於此，亦可使用利用半導體切換元件之周知的升壓部或升降壓部。此外，亦可使用MOS電晶體、雙極電晶體等，來取代IGBT。此外，在上述實施形態中，係使用切換電源裝置2m作為主切換電源裝置，使用切換電源裝置2s作為從屬切換電源裝置，但是亦可相反地，使用切換電源裝置2s作為主切換電源裝置，使用切換電源裝置2m作為從屬切換電源裝置。

24m、24s‧‧‧控制器

28m、28s‧‧‧切換元件驅動用脈衝輸出部

30m、30s‧‧‧數位訊號處理裝置

32m、32s‧‧‧時脈同步控制部

34m、34s‧‧‧基準時脈訊號源

36m、36s、38m、38s、40m、40s、42m、42s、44m、44s‧‧‧光耦合器(PHC)

Claims (8)

1. 一種並聯運轉電源裝置，其係切換電源裝置與至少1個其他電源裝置，藉由根據時脈訊號所生成的切換訊號來將切換元件進行切換控制，在2個輸出端子間生成輸出，且前述複數切換電源裝置的前述2個輸出端子作並聯連接的並聯運轉電源裝置，其特徵為：前述複數切換電源裝置之中1台的主切換電源裝置內所生成的前述時脈訊號，作為前述時脈訊號而被供給至前述至少1個其他切換電源裝置亦即從屬切換電源裝置，該供給係透過前述主切換電源裝置所具備的傳達電路、及前述從屬切換電源裝置所具備的傳達電路來進行，前述各傳達電路係具有相同的延遲特性，將透過前述主切換電源裝置的前述傳達電路所被輸出的前述時脈訊號，透過具有與前述各傳達電路為相同延遲特性的其他傳達電路，再供給至前述主切換電源裝置，而生成前述切換訊號。
2. 如申請專利範圍第1項之並聯運轉電源裝置，其中，前述主及從屬切換電源裝置係具有使時脈訊號與基準訊號同步的時脈同步控制部，透過前述從屬切換電源裝置所具備的前述傳達電路而被供給至前述從屬切換電源裝置的時脈訊號被供給至前述從屬切換電源裝置的前述時脈同步控制部，前述主切換電源裝置係具有基準時脈訊號源，來自該基準時脈訊號源的時脈訊號透過前述主切換電源裝置的前述傳達電路而被供給至前述從屬切換電源裝置的前述傳達電路，被輸出前述主切換電源裝置的傳達電路的前 述時脈訊號，透過前述其他傳達電路而被供給至前述主切換電源裝置的時脈同步控制部。
3. 如申請專利範圍第1項之並聯運轉電源裝置，其中，前述各切換電源裝置在輸出側具有電抗器及平滑電容器。
4. 如申請專利範圍第1項之並聯運轉電源裝置，其中，前述各切換電源裝置在輸出側具有電抗器及平滑電容器。
5. 如申請專利範圍第1項之並聯運轉電源裝置，其中，前述各切換電源裝置具有：具備有前述切換元件的降壓部、升壓部、或升降壓部。
6. 如申請專利範圍第1項之並聯運轉電源裝置，其中，前述各切換電源裝置具有：具備有前述切換元件的降壓部、升壓部、或升降壓部。
7. 如申請專利範圍第3項之並聯運轉電源裝置，其中，前述各切換電源裝置具有：具備有前述切換元件的降壓部、升壓部、或升降壓部。
8. 如申請專利範圍第4項之並聯運轉電源裝置，其中，前述各切換電源裝置具有：具備有前述切換元件的降壓部、升壓部、或升降壓部。