(57)【要約】【課題】並列運転電源装置において横流の発生を抑制したり、出力に含まれるリップルを低下させたりする。【解決手段】  スイッチング電源装置２ｍ、２ｓは、クロック信号に基づいてスイッチング素子駆動用ＰＷＭパルス出力部２８ｍ、２８ｓが生成したＰＷＭパルスによってＩＧＢＴ１０ｍ、１０ｓをスイッチング制御し、負荷５に直流電力を並列供給する。マスタースイッチング電源装置２ｍ内で生成されたクロック信号が、マスタースイッチング電源装置のホトカプラー３６ｍと、スレーブスイッチング電源装置２ｓのホトカプラー３８ｓを介してスレーブスイッチング電源装置２ｓに供給され、ホトカプラー３６ｍを介して出力された前記クロック信号が、ホトカプラー３８ｍを介してマスタースイッチング電源装置２ｍに供給される。ホトカプラー３６ｍ、３８ｍ、３８ｓは同じ遅延特性を持っている。【選択図】  図３
2014117065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング電源装置が、クロック信号に基づいて生成されたスイッチング信号によってスイッチング素子をスイッチング制御して、２つの出力端子間に出力を生成し、前記複数のスイッチング電源装置の前記２つの出力端子が、並列に接続された並列運転電源装置において、
前記複数のスイッチング電源装置のうち１台であるマスタースイッチング電源装置内で生成された前記クロック信号が、他の前記スイッチング電源装置であるスレーブスイッチング電源装置に前記クロック信号として供給され、この供給は、前記マスタースイッチング電源装置が備える伝達回路と、前記スレーブスイッチング電源装置が備える伝達回路とを介して行われ、前記各伝達回路は、同じ遅延特性を有し、前記マスタースイッチング電源装置の前記伝達回路を介して出力された前記クロック信号を、前記各伝達回路と同じ遅延特性を持つ別の伝達回路を介して、前記マスタースイッチング電源装置に再供給して、前記スイッチング信号を生成する並列運転電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の並列運転電源装置において、前記マスター及びスレーブスイッチング電源装置は、クロック信号を基準信号に同期させるクロック同期制御部を有し、前記スレーブスイッチング電源装置が備える前記伝達回路を介して前記スレーブスイッチング電源装置に供給されたクロック信号が前記スレーブスイッチング電源装置の前記クロック同期制御部に供給され、前記マスタースイッチング電源装置は、基準クロック信号源を有し、この基準クロック信号源からのクロック信号が前記マスタースイッチング電源装置の前記伝達回路を介して前記スレーブスイッチング電源装置の前記伝達回路に供給され、前記マスタースイッチング電源装置の伝達回路を出力された前記クロック信号が、前記別の伝達回路を介して前記マスタースイッチング電源装置のクロック同期制御部に供給される並列運転電源装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の並列運転電源装置において、前記各スイッチング電源装置が、出力側にリアクトルと平滑コンデンサとを有する並列運転電源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載の並列運転電源装置において、前記各スイッチング電源装置が、前記スイッチング素子を備えた降圧部、昇圧部または昇降圧部を有する並列運転電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、特に複数台の電源装置を並列運転するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、並列運転する電源装置では、横流の抑制が課題となるが、例えば特許文献１に開示された技術では、第１のスイッチング電源から第２のスイッチング電源に流れる横流と、負荷から第１のスイッチング電源に流れる電流とを、コモンモードチョークコイルにコモン電流として流れるように、コモンモードチョークコイルを第１及び第２のスイッチング電源と負荷との間に配置し、同様に第２のスイッチング電源から第１のスイッチング電源に流れる横流と、負荷から第２のスイッチング電源に流れる電流とを、別のコモンモードチョークコイルにコモン電流として流れるように、別のコモンモードチョークコイルを１及び第２のスイッチング電源と負荷との間に配置し、横流を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５８１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、スイッチング電源はデジタル制御が行われることが多くなり、スイッチング電源が備えるスイッチング素子をオン、オフ制御する制御部は、基準クロック信号に基づいてオン、オフ制御するためのスイッチング信号を生成している。このようなスイッチング電源を並列運転する場合、各スイッチング電源が独自に基準クロック信号を生成していると、各基準クロック信号の位相にずれが生じ、スイッチング素子のオン、オフタイミングがスイッチング電源ごとにずれて、その結果、横流を発生することがある。また、負荷に供給される電流のリップル分を抑えるためには、各スイッチング電源でのスイッチング素子のスイッチングタイミングを正確にずらせて制御する必要があるが、これも、スイッチング電源ごとに基準クロック信号の位相が異なっていると、困難である。
【０００５】
本発明は、横流の発生を抑制したり、出力に含まれるリップルを低下させたりすることが可能な並列運転電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の並列運転電源装置は、複数のスイッチング電源装置を有し、これら複数のスイッチング電源装置は、スイッチング素子を備え、クロック信号に基づいて生成したスイッチング信号によってスイッチング素子をスイッチング制御して、２つの出力端子間に出力を生成する。生成する出力は、交流とすることもできるし、直流とすることもできる。スイッチング信号としては、例えばＰＷＭ信号を使用することができる。前記複数のスイッチング電源装置の前記２つの出力端子が、並列に接続されている。スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴ等を使用することができ、単数または複数のスイッチング素子を設けることができる。前記複数のスイッチング電源装置のうち１台、例えばマスタースイッチング電源装置が生成した前記クロック信号が、他の前記スイッチング電源装置、例えばスレーブスイッチング電源装置に前記クロック信号として供給される。この供給は、マスタースイッチング電源装置が備える伝達回路と、前記スレーブスイッチング電源装置が備える伝達回路とを介して行われる。例えば、マスタースイッチング電源装置の伝達回路を出力伝達回路、スレーブスイッチング電源装置が備える伝達回路を入力伝達回路とする。前記出力及び入力伝達回路は、同じ遅延特性を有している。前記出力及び入力伝達回路としては、例えばホトカプラーを使用することができる。前記マスタースイッチング電源装置の前記出力伝達回路を介して出力された前記クロック信号を、前記各伝達回路と同じ遅延特性を持つ別の伝達回路、例えばマスター側入力伝達回路を介して、マスタースイッチング電源装置に再供給して、前記スイッチング信号を生成している。各伝達回路としては、それらの入力側と出力側とが絶縁された絶縁型のもの、例えばホトカプラーが望ましい。
【０００７】
このように構成された並列運転電源装置では、マスタースイッチング電源装置からのクロック信号は、マスタースイッチング電源装置の出力伝達回路によって遅延を受け、さらにスレーブスイッチング電源装置の入力伝達回路によって遅延を受けて、各スレーブスイッチング電源装置に供給されている。即ち、各スレーブスイッチング電源装置内に取り込まれたクロック信号は２台の伝達回路によって２度の遅延を受けている。マスタースイッチング電源装置内に取り込まれるクロック信号は、マスタースイッチング電源装置の出力伝達回路に供給されたクロック信号を、マスタースイッチング電源装置が備えるマスター側入力伝達回路を介して供給されたものであり、やはり２度の遅延を受けている。そして、各伝達回路は、いずれも同じ遅延特性を備えるものである。従って、マスタースイッチング電源装置及びスレーブスイッチング電源装置それぞれに取り込まれたクロック信号は、同じ遅延を受けたものであり、位相が揃っている。位相が揃ったクロック信号に基づいてマスタースイッチング電源装置及びスレーブスイッチング電源装置が生成したスイッチング信号の位相を揃えることが可能である。その結果、横流の発生を抑制したり、出力のリップルの発生を抑制したりすることができる。
【０００８】
前記マスター及びスレーブスイッチング電源装置は、クロック信号を基準信号に同期させるクロック同期制御部を有するものとすることができる。その場合、前記スレーブスイッチング電源装置が備える前記入力伝達回路を介してスレーブスイッチング電源装置に供給されたクロック信号が前記クロック同期制御部に供給される。前記マスタースイッチング電源装置は、基準クロック信号源を有し、この基準クロック信号源からのクロック信号を前記伝達回路に供給し、前記別の伝達回路を介して供給されたクロック信号を前記クロック同期制御部に供給している。
【０００９】
前記各スイッチング電源装置は、出力側にリアクトルと平滑コンデンサとを有するものとすることができる。リアクトルは、スイッチング電源の一方の出力側と２つの出力端子のうちの一方との間に直列に接続され、平滑用コンデンサは２つの出力端子間に並列に接続することができる。このようにスイッチング電源装置に平滑用コンデンサを備えた並列運転電源装置では、平滑用コンデンサが上述した横流の発生原因となることがあるので、上述したような態様によって横流の発生を抑制することに意義がある。
【００１０】
また、前記各スイッチング電源装置は、前記スイッチング素子を備えた降圧部、昇圧部または昇降圧部を有するものとすることができる。このように構成しているので、並列運転電源装置は、２つの出力端子間に接続される負荷の要求する電圧に応じたものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、マスター及びスレーブスイッチング電源装置において使用されるクロック信号は、位相が揃ったものとなり、その結果、横流の発生を抑制したり、出力のリップル分を抑制したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の並列運転電源装置のブロック図である。
【図２】図１の並列運電源装置の詳細なブロック図である。
【図３】図１の並列運転電源装置の制御部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の１実施形態の並列運転電源装置は、図１に示すように、複数台、例えば２台のスイッチング電源装置２ｍと２ｓとを有している。２台のスイッチング電源装置２ｍ、２ｓは、例えば商用交流電源３から供給された交流を直流に変換する交流−直流変換装置で、それぞれの直流出力が、例えばランプのような負荷５に並列に供給されているものである。２台のスイッチング電源装置２ｍと２ｓとは同一の構成である。従って、スイッチング電源装置２ｍのみについて詳細に説明する。スイッチング電源装置２ｍの構成要素を表す符号を、数字と、その数字の末尾のアルファベットｍとで表し、スイッチング電源装置２ｓの構成要素のうちスイッチング電源装置２ｍの構成要素と対応するものを表す符号は、対応するものと共通の数字と、その数字の末尾のアルファベットをｓとしたもので表す。
【００１４】
スイッチング電源装置２ｍは、図２に示すように、直流部４ｍを有している。直流部４ｍは、商用交流電源３からの交流電力を直流電力に変換するもので、例えば力率改善回路、トランス及び整流部によって構成されている。この直流部４ｍの直流出力は、直流部４ｍの２つの出力側間に接続された平滑用コンデンサ６ｍによって平滑され、降圧部８ｍに供給される。
【００１５】
降圧部８ｍでは、スイッチング素子、具体的にはＩＧＢＴ１０ｍを有し、そのコレクタが直流部４ｍの一方の出力側、例えば正極＋側に接続され、エミッタは、ダイオード１２ｍのカソードに接続され、ダイオード１２ｍのアノードは、直流部４ｍの他方の出力側、例えば負極側に接続されている。ＩＧＢＴ１０ｍとダイオード１２ｍとの接続点は、リアクトル１４ｍと例えば電流検出器１６ｍとの直列回路を介して一方の出力端子１８ｍに接続されている。他方の出力端子２０ｍは、ダイオード１２ｍのアノードに接続され、出力端子１８ｍ、２０ｍの間には、平滑用コンデンサ２２ｍが接続されている。電流検出器１６ｍとしては、例えばホール電流変換器やシャント抵抗器を使用したものを使用できる。
【００１６】
ＩＧＢＴ１０ｍには、制御手段、例えば制御器２４ｍが、電流検出器１６ｍからの電流検出信号に基づいて生成するスイッチング信号、例えばＰＷＭパルス信号が供給され、ＩＧＢＴ１０ｍはオン、オフ制御されて、リアクトル１４ｍと協働して、直流部４ｍの出力電圧を降圧して、出力端子１８ｍ、２０ｍ間に供給する。
【００１７】
スイッチング電源装置２ｍ、２ｓの出力端子１８ｍ、１８ｓ同士が接続され、出力端子２０ｍ、２０ｓ同士が接続され、即ち、出力端子１８ｍ、２０ｍ、１８ｓ、２０ｓが互いに並列に接続され、これらが例えばランプのような１つの負荷５に接続され、負荷５に直流電力を供給している。
【００１８】
制御器２４ｍでは、図３に示すように、ＩＧＢＴ１０ｍへのＰＷＭパルス信号は、スイッチング素子駆動用パルス出力部２８ｍが、出力する。スイッチング素子駆動用パルス出力部２８ｍは、ＰＷＭパルス信号を、デジタル信号処理装置３０ｍ内のクロック同期制御部３２ｍの出力に基づいて生成する。この出力によって、ＰＷＭパルス信号のスイッチング周期が制御される。クロック同期制御部３２ｍには、基準クロック信号と、同期目標値とが供給され、クロック同期制御部３２ｍは、基準クロック信号の位相を同期目標値に一致させた出力をスイッチング素子駆動用パルス出力部２８ｍに供給する。基準クロック信号は、従来、デジタル信号処理装置３０ｍ内の基準クロック信号源３４ｍが発生し、直接クロック同期制御部３２ｍに供給していた。
【００１９】
もし、スイッチング電源装置２ｍにおいて、基準クロック信号源３４ｍの基準クロック信号をクロック同期制御部３２ｍに供給し、スイッチング電源装置２ｍにおいて、基準クロック信号源３４ｓの基準クロック信号をクロック同期制御部３２ｓに供給していたならば、基準クロック信号源３４ｍの基準クロック信号と、基準クロック信号源３４ｓの基準クロック信号との位相がずれている可能性がある。この場合、位相が異なる基準クロック信号に基づくクロック同期制御部３２ｍ、３２ｓの出力により、スイッチング素子駆動用ＰＷＭ出力部２８ｍ、２８ｓがＰＷＭパルス信号を出力すると、ＩＧＢＴ１０ｍと１０ｓとのオンのタイミングがずれたり、オフのタイミングがずれたりして、スイッチング電源装置２ｍとスイッチング電源装置２ｓとの間に、横流が流れる。例えば、電流検出器１４ｍ、１４ｓによって検出される電流で電流制御を行っている場合、スイッチングなどのタイミングのずれが発生していると、平滑用コンデンサ２２ｍ、２２ｓと配線のインダクタンス成分との関係（共振現象）で横流が流れやすくなる。これを防止するためには、クロック同期制御部３２ｍ、３２ｓに供給される基準クロック信号の位相を揃える必要がある。また、負荷５を流れる負荷電流に含まれるリップルを抑制する必要がある場合、例えばＩＧＢＴ１０ｍと１０ｓとがオンしたり、オフしたりするタイミングをずらせたり、ＩＧＢＴ１２ｍと１２ｓとがオンしたり、オフしたりするタイミングをずらせたりする必要がある。このずらせるタイミングを正確に制御するためにも、クロック同期制御部３２ｍ、３２ｓに供給される基準クロック信号の位相を揃える必要がある。
【００２０】
例えばスイッチング電源装置２ｍの基準クロック信号源３４ｍの基準クロック信号を、スイッチング電源装置２ｓのクロック制御部３２ｓにも供給するようにして、両スイッチング電源装置２ｍ、２ｓの基準クロック信号の位相を揃えることが考えられる。即ち、スイッチング電源装置２ｍをマスタースイッチング電源装置とし、スイッチング電源装置２ｓをスレーブスイッチング電源装置２ｓとして使用することが考えられる。この場合、スイッチング電源装置２ｍの基準クロック信号源３４ｍの基準信号を、スイッチング電源装置２ｍが備える伝達回路、例えば絶縁型の伝達回路、具体的にはホトカプラー３６ｍと、スイッチング電源装置２ｍが備える伝達回路、例えばホトカプラー３８ｓとを使用して、スイッチング電源装置２ｓのクロック制御部３２ｓに供給することが考えられる。この場合、絶縁型のホトカプラー３６ｍ、３８ｓを使用しているのは、伝送中にノイズが基準クロック信号に重畳されて制御回路が誤動作することを抑制するためである。
【００２１】
ホトカプラー３６ｍ、３８ｓには同じ特性のものを使用しているが、それぞれの出力側に生じる基準クロック信号には、例えば遅延θがそれぞれ生じる。従って、スイッチング電源装置２ｍの基準クロック信号をホトカプラー３６ｍ、３８ｓを介してスレーブスイッチング電源装置２ｓのクロック同期制御部３２ｓに供給すると、ホトカプラー３６ｍで遅延θを受け、さらにホトカプラー３８ｓで遅延θを受ける。一方、基準クロック信号源３４ｍから直接にクロック同期制御部３２ｍに供給された基準クロック信号は、遅延を受けて無く、クロック同期制御部３２ｓに供給された基準クロック信号は、クロック同期制御部３２ｍに供給された基準クロック信号に対して、遅延２θが生じる。この遅延が生じたままで、クロック同期制御部３２ｍ、３２ｓの出力に基づいて、スイッチング素子駆動用ＰＷＭパルス出力部２８ｍ、２８ｓがＰＷＭパルス信号を生成すると、位相が揃わず、上述したように横流が発生したり、リップルの抑圧を行えなかったりする。
【００２２】
そこで、マスタースイッチング電源装置２ｍが備える別のホトカプラー３８ｍを介して、ホトカプラー３６ｍから出力された基準クロック信号をマスタースイッチング電源装置２ｍに戻して、クロック同期制御部３２ｍに供給する。ホトカプラー３８ｍは、ホトカプラー３６ｍ、３８ｓと同じ特性のものであるので、ホトカプラー３８ｍに出力として生じた基準クロック信号は、ホトカプラー３６ｍで遅延θを受け、さらにホトカプラー３８ｍで遅延θを受けている。従って、基準クロック信号源３４ｍ、３４ｓに供給される基準クロック信号は、どちらも同じ遅延２θを受けたものであり、位相が揃っている。従って、マスタースイッチング電源装置２ｍ、スレーブスイッチング電源装置２ｓのクロック同期制御部３２ｍ、３２ｓの出力は、位相が揃ったものとなり、スイッチング素子駆動用ＰＷＭパルス出力部２８ｍ、２８ｓが発生するＰＷＭパルス信号の位相を揃えたり、正確に所定量異なったものにしたりすることができる。
【００２３】
なお、マスタースイッチング電源装置２ｍのデジタル信号処理装置３０ｍとスレーブスイッチング電源装置２ｓのデジタル信号処理装置３０ｓとは、並列運転を行うために、デジタル信号処理装置３０ｍから運転信号を、マスタースイッチング電源装置２ｍが備えるホトカプラー４０ｍとスレーブスイッチング電源装置２ｓが備えるホトカプラー４０ｓとを介してスレーブスイッチング電源装置２ｓのデジタル信号処理装置３０ｓに供給している。同様に、デジタル信号処理装置３０ｓからの運転信号を、スレーブスイッチング電源装置２ｓが備えるホトカプラー４２ｓとマスタースイッチング電源装置２ｍが備えるホトカプラー４２ｍとを介してマスタースイッチング電源装置２ｍのデジタル信号処理装置３０ｍに供給している。また、デジタル信号処理装置３０ｍ、３０ｓは、それぞれが備えるホトカプラー４４ｍ、４４ｓを介してシリアル通信も行っている。
【００２４】
上記の実施形態では、スイッチング電源装置２ｍ、２ｓの２台を使用したが、さらに多くの台数のスイッチング電源装置を使用することもできる。また、各スイッチング電源装置２ｍ、２ｓとして交流−直流変換装置を使用したが、これに代えて、直流−直流変換装置や直流−交流変換装置を使用することもできる。また各スイッチング電源装置は降圧部８ｍ、８ｓを備えたものとしたが、これに限らず、半導体スイッチング素子を使用した公知の昇圧部または昇降圧部を使用することもできる。また、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ等を使用することもできる。また、上記の実施形態では、スイッチング電源装置２ｍをマスタースイッチング電源装置として使用し、スイッチング電源装置２ｓをスレーブスイッチング電源装置として使用したが、逆にスイッチング電源装置２ｓをマスタースイッチング電源装置として使用し、スイッチング電源装置２ｍをスレーブスイッチング電源装置として使用することもできる。
【符号の説明】
【００２５】
２ｍ  マスタースイッチング電源装置
２ｓ  スレーブスイッチング電源装置
３６ｍ  ホトカプラー（伝達回路）
３８ｓ  ホトカプラー（伝達回路）
３８ｍ  ホトカプラー（別の伝達回路）
【図１】
2014117065.tif 000003
【図２】
2014117065.tif 000004
【図３】
2014117065.tif 000005