(57)【要約】【課題】簡素な構成及び制御を用いて、電力供給の安定性及び信頼性を高めた電源システムを得る。【解決手段】複数の電源ユニットを用いて冗長化し、これらを所定の冗長周期内で互いに重複しないように設定した時比率で動作させてその出力を順次切り換えながら負荷に所要の電力を連続供給する。そして、いずれかの電源ユニットに出力異常が発生した際には、出力異常となった電源ユニットに設定された時比率の期間内を、キャパシタを用いたバックアップ回路により中断なく瞬時に負荷への電力供給を代替するとともに、直後の冗長周期において、各電源ユニットに対して時比率を再設定する。【選択図】  図１
2014180088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源ユニットの出力を順次切り換えながら負荷に電力を連続供給する電源システムであって、
一次電源入力を変換して所定の電力を出力するとともに、自身の動作ステータス情報を出力する複数の電源ユニットと、
前記各電源ユニットのステータス情報に基づいて、あらかじめ設定された所定の周期毎に、その一周期内で互いに重複しないように、前記複数の電源ユニットのそれぞれに対して時比率を設定するとともに、この設定した時比率の期間に対応させて前記複数の電源ユニットを動作させ、その出力を順次選択するように切り換える制御手段と、
前記一周期内において、いずれかの前記電源ユニットに代わって前記負荷に電力を供給するバックアップ回路とを備え、
前記制御手段は、前記電源ユニットのステータス情報に異常を検出した際は、このステータス異常の電源ユニットを切り離し、当該周期における前記ステータス異常の電源ユニットの動作期間については、前記バックアップ回路から電力供給を行うとともに、その後に続く前記周期では、ステータス異常ではない前記電源ユニットで電力の供給を継続するように前記各電源ユニットの時比率を再設定する
ことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記時比率は、前記一周期内において前記複数の電源ユニットに対して等分に設定することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記バックアップ回路は、電力を蓄積・放出するためのキャパシタを有し、前記電源ユニットの出力に常時接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施の形態は、冗長型に構成された電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一次側の入力電力を変換し負荷に所要の電力を供給する電源システムにおいては、電力供給の信頼性をより向上させるため、複数の電源ユニットを用いて冗長型に構成されることが多い。この種の電源システムにおいては、例えば、複数の電源ユニットの出力を並列に接続し、これらを同時に動作させることによって冗長型に構成する。そして、いずれかの電源ユニットが故障した場合にはこれを切り離すとともに、残りの電源ユニットで所要の電力の供給を継続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５４０８２号公報（第１０ページ、図１）
【特許文献２】特開昭６０−１９７１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電源ユニットの出力に異常があった場合に、上記のように、異常のない残りの電源ユニットで所要の電力の供給を継続するには、それぞれの電源ユニットの出力電流値を検出するとともに、複数の電源ユニット間で電流値のバランスを取る制御が必要であり、各電源ユニット、及び電源システムとしての構成を複雑なものにしていた。
【０００５】
本実施の形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、より簡素な構成及び制御を用いて、電力供給の安定性及び信頼性を高めた電源システム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】
上記目的を達成するために、本実施形態の電源システムは、複数の電源ユニットの出力を順次切り換えながら負荷に電力を連続供給する電源システムであって、一次電源入力を変換して所定の電力を出力するとともに、自身の動作ステータス情報を出力する複数の電源ユニットと、前記各電源ユニットのステータス情報に基づいて、あらかじめ設定された所定の周期毎に、その一周期内で互いに重複しないように、前記複数の電源ユニットのそれぞれに対して時比率を設定するとともに、この設定した時比率の期間に対応させて前記複数の電源ユニットを動作させ、その出力を順次選択するように切り換える制御手段と、前記一周期内において、いずれかの前記電源ユニットに代わって前記負荷に電力を供給するバックアップ回路とを備え、前記制御手段は、前記電源ユニットのステータス情報に異常を検出した際は、このステータス異常の電源ユニットを切り離し、当該周期における前記ステータス異常の電源ユニットの動作期間については、前記バックアップ回路から電力供給を行うとともに、その後に続く前記周期では、ステータス異常ではない前記電源ユニットで電力の供給を継続するように前記各電源ユニットの時比率を再設定することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る電源システムの一実施例の構成を示すブロック図。
【図２】制御部１３の制御動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】図１に例示した電源システムの動作を説明するためのフローチャート。
【図４】一冗長周期の動作の詳細を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本実施形態に係る電源システムを実施するための最良の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
【実施例】
【０００９】
図１は、本実施形態に係る電源システムの一実施例の構成を示すブロック図である。この電源システム１は、複数個の電源ユニット１１として、本実施例では４個の電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）、バックアップ回路１２、及び制御部１３から構成されている。また、各電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）の入力側は、電源システム１の内部で入力電力ライン１４に共通に結線され、出力側は出力電力ライン１５に共通に結線されている。そして、この電源システム１の入力側は一次電源２０に、また出力側は負荷３０に接続され、一次電源２０からの電力を変換して負荷３０に供給する。
【００１０】
４個の電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）は同一に構成され、一次電源２０からの入力を負荷３０に必要な電力に変換して出力するとともに、自ユニットの出力異常を含む動作ステータスを、ステータス信号として出力する。また、後述する制御部１３により、出力のオン・オフ、ならびに出力電力ライン１５からの切り離しが制御される。
【００１１】
バックアップ回路１２は、出力電力ライン１５に常時接続され、電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）のいずれかに出力異常が検出された場合に、出力異常の電源ユニットに代わって負荷に電力を供給する。本実施例においては、バックアップ回路１２はキャパシタにより構成されているものとし、後述するが、電源ユニット１１に設定された時比率の期間、負荷３０に対して所要の電力を供給可能に蓄電される。
【００１２】
制御部１３は、各電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）からのステータス信号を受けとるとともに、これらステータス信号に基づいて各電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）の動作を制御する。すなわち、いずれの電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）の動作ステータスも出力異常ではない、正常動作中においては、複数の電源ユニットを順次選択する際の一サイクルとしてあらかじめ設定された所定の周期である、冗長周期毎に、その一周期内で互いに重複しないように、４個の電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）に対して時比率を設定するとともに、設定した時比率の期間、対象の電源ユニットの出力をオンにしながら順次切り換える。
【００１３】
一方、いずれかの電源ユニットの動作ステータスに出力異常を検出した場合には、まずはこの電源ユニットを出力電力ライン１５から切り離すとともに、現周期におけるこの電源ユニットの残りの動作期間を、バックアップ回路１２に代替させて電力供給を継続する。また、次の冗長周期では、出力異常の電源ユニットを除いた、他の電源ユニットを用いて所要の電力を継続して供給するように、対象の電源ユニットの時比率を再設定する。
【００１４】
上記した制御部１３による制御について、特に異常発生時の制御を中心に、図２のタイミングチャートを参照して更に詳述する。図２は、正常時における各電源ユニット１１の切り換え、ならびに異常発生時における各電源ユニット１１とバックアップ回路１２による代替、及びその後の各電源ユニット１１に対する時比率の変更をモデル化して例示したタイミングチャートである。
【００１５】
各電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）がいずれも正常動作中は、図２（ａ）に例示したタイミングチャートのように、制御部１３は、４個の電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）に対して、所定の冗長周期Ｔの中で互いに重複しないように時比率を設定する。この事例では、一冗長周期Ｔの中を重複しないように、電源ユニット１１の添字番号順に、その周期Ｔを電源ユニット数で等分した１／４Ｔ、すなわち２５％の時比率がそれぞれに設定されている。そして、各電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）は、自ユニットに設定された時比率の期間、負荷３０に所定の電流Ｉを供給するとともに、制御部１３は、設定した時比率に基づいた順序及び切換タイミングで電源ユニットの出力を順次選択するように切り換える。
【００１６】
また、図２（ｂ）は、電源ユニット（２）１１（＃２）が出力異常となった場合のタイミングチャートを例示している。この事例に示したように、電源ユニット（２）１１（＃２）に出力異常が発生すると、直後に、制御部１３は、この電源ユニットを切り離すとともに、この電源ユニット（２）１１（＃２）に設定された時比率の残りの期間は、バックアップ回路１２に蓄えられた電力が、常時接続された出力電力ライン１５に現れ、負荷３０への電力供給を継続する。そして、次の冗長周期では、制御部１３は各電源ユニットの時比率を見直し、再設定する。この事例では、正常な３個の電源ユニットのそれぞれに、均等の時比率として１／３Ｔを割り当てている。
【００１７】
このような制御により、本実施例の電源システム１は、内部の電源ユニットに出力異常が発生した場合においても、負荷３０に対して所要の電力を継続して供給している。
【００１８】
次に、前出の図１及び図２、ならびに図３及び図４のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施形態の電源システム１の動作について説明する。この電源システム１では、図３のフローチャートに例示したように、全体では冗長周期Ｔを一つの動作単位として、この一冗長周期分の動作が繰り返し実行される。
【００１９】
まず、一冗長周期における各電源ユニット１１の時比率を含む各種の設定が行われる。すなわち、制御部１３は各電源ユニット１１のステータス信号を受けとり、正常な電源ユニットのそれぞれに対して時比率を設定する。そして、この時比率に基づき電源ユニットの選択順や切換タイミング等を制御するための制御信号を生成する。この動作ステップによって、図２に例示した一冗長周期分の制御タイミングが設定されることになる。図２の説明で詳述したように、これらの設定では、例えば、４個の電源ユニット１１（＃１）〜１１（＃４）がいずれも正常に動作している場合には、各周期開始時に図２（ａ）に例示したように、また、いずれかの電源ユニットに異常が発生した場合には、その直後では図２（ｂ）に例示したように、時比率、及びそれに基づく制御信号が生成される（ＳＴ３１）。
【００２０】
次いで、これらの設定に基づいて、一冗長周期分の動作が実行される。すなわち、制御部１３は、制御タイミングに従って各電源ユニット１１を動作させながら順次切り換え、負荷３０に所定の電力を供給するとともに、電源ユニット１１の出力に異常を検出した場合には、バックアップ回路１２が電力供給を継続する。なお、このステップの詳細な動作については、後述する（ＳＴ３２）。そして、動作終了が指示されるまで、上述の動作ステップを繰り返す（ＳＴ３３）。
【００２１】
次に、図４のフローチャートを参照して、上記したＳＴ３２の動作ステップに対応する一冗長周期分の動作について詳述する。図４は、一冗長周期の動作の詳細を説明するためのフローチャートである。一冗長周期が始まると、図３のステップ３１の動作ステップでの設定に従い、制御部１３により電源ユニット１１のひとつが選択され（図２（ａ）では電源ユニット（１））（ＳＴ４１）、その出力が出力電力ライン１５に現れて負荷３０に供給される（ＳＴ４２）。あわせて、選択された電源ユニット１１のステータス信号が制御部１３において判定される（ＳＴ４３）。
【００２２】
判定の結果、異常がなければ（ＳＴ４３の異常なし）、この選択した電源ユニット１１に割り当てられた時比率の期間、引き続きステータス信号を監視しながら電力供給が継続される（ＳＴ４４のＮ）。そして、時比率の期間が終了すると（ＳＴ４４のＹ）、ＳＴ３１のステップでの設定に従って、図２に例示したタイミングチャートのように、冗長周期内で次の電源ユニット１１を順次選択するための動作ステップに戻り（ＳＴ４５のＮ）、上記したＳＴ４１の動作ステップからの動作を繰り返す。
【００２３】
一方、動作中の電源ユニットのステータス信号から出力異常が検出された場合（ＳＴ４３のＹ）、この電源ユニット１１は、制御部１３からの制御によって出力電力ライン１５から切り離されるとともに（ＳＴ４６）、この電源ユニット１１に代わってバックアップ回路１２から負荷３０に電力が供給される。本実施例においては、バックアップ回路１２はキャパシタにより構成され、出力電力ライン１５に常時接続されているので、電源ユニットの出力異常や切り離し等によって出力電力ライン１５の電圧が低下すると、これを代替するようにバックアップ回路１２に蓄電された電力が放出され、負荷３０への所定の電力を供給する（ＳＴ４７）。このバックアップ回路１２からの電力供給は、図２（ｂ）に例示したように、出力異常になった電源ユニット１１に割り当てられた時比率の期間の終了まで継続される（ＳＴ４８のＮ）。
【００２４】
そして、時比率の期間が終了すると、上記したＳＴ４５の動作ステップに進む（ＳＴ４８のＹ）。さらにその後は、一周期内分の電源ユニットの選択が完了したか否かが判定される（ＳＴ４５）。選択が完了していない場合は（ＳＴ４５のＮ）、上述したＳＴ４１からの動作ステップを繰り返し、選択が完了した場合は（ＳＴ４５のＹ）、一冗長周期を完了したものとし、図３のフローチャートにおけるＳＴ３２の動作ステップを終了する。
【００２５】
以上説明したように、本実施例においては、電源システムを構成するにあたって、複数の電源ユニットを用いて冗長化し、これらを所定の冗長周期内で互いに重複しないように設定した時比率で動作させてその出力を順次切り換えながら負荷に所要の電力を連続供給している。このように、複数の電源ユニットを順次切り換えながら動作させることによって、例えば複数の電源ユニットを同時に動作させた場合のように、複数の電源ユニット間での電流バランスを考慮する等の複雑な制御とそれに伴う構成が不要となり、全体構成を簡素化できるとともに、時比率に対応して各電源ユニットの発熱量も低下させることができ、放熱構造の複雑化等を回避することができる。
【００２６】
そして、いずれかの電源ユニットに出力異常が発生した際には、出力異常となった電源ユニットに設定された時比率の期間内を、キャパシタを用いたバックアップ回路により中断なく瞬時に負荷への電力供給を代替するとともに、直後の冗長周期において、各電源ユニットに対して時比率を再設定することによって、安定した電力を継続して供給している。これにより、簡素な構成及び制御を用いて、電力供給の安定性及び信頼性を高めた電源システムを得ることができる。
【００２７】
なお、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２８】
１  電源システム
１１  電源ユニット
１２  バックアップ回路
１３  制御部
１４  入力電力ライン
１５  出力電力ライン
２０  一次電源
３０  負荷
【図１】
2014180088.tif 000003
【図２】
2014180088.tif 000004
【図３】
2014180088.tif 000005
【図４】
2014180088.tif 000006