(57)【要約】【課題】電流バランス回路を備える複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続し、電流が急変する少なくとも一個以上の負荷に電流を供給する際に、各ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する電流にバラツキが発生する。【解決手段】本発明のスイッチング電源装置は、並列に接続したＤＣ／ＤＣコンバータで構成され、出力電圧と基準電圧を比較し生成した誤差信号に応じてスイッチ素子をオンオフする制御回路と、自己の出力電流を出力電流信号として検出する電流検出器と、他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号と、自己の前記出力電流信号とを比較し、前記誤差信号を補正する電流補正器と、他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号と自己の前記出力電流信号とが等しくなるように自己の出力電圧を調整する電流バランス回路とを備え、前記制御回路は、自己の出力電流に対する出力電圧が負の特性を示すように出力電圧を調整する事を特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続したスイッチング電源装置であって、前記それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータは、
出力電圧と基準電圧を比較し生成した誤差信号に応じてスイッチ素子をオンオフする制御回路と、
自己の出力電流を出力電流信号として検出する電流検出器と、
他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号と、自己の前記出力電流信号とを比較し、前記誤差信号を補正する電流補正器と、
他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号と自己の前記出力電流信号とが等しくなるように自己の出力電圧を調整する電流バランス回路とを備え、
前記制御回路は、自己の出力電流に対する出力電圧が負の特性を示すように出力電圧を調整する事を特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、
自己の出力電圧と前記基準電圧を比較するとき、自己の前記出力電流信号で前記誤差信号を補正し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流に対する出力電圧が負の特性を示すように出力電圧を調整する事を特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力を並列に接続した複数のスイッチング電源装置の出力電流をバランスさせる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流のスイッチング電源装置が必要な時に複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続して使用されることがある。このスイッチング電源装置は、電流バランス回路を用いて、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が特定のコンバータに集中することを避け、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を均等にする。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力部に挿入した電流検出抵抗の両端に発生する電圧で出力電流を検出し、同様に検出した他のスイッチング電源装置の出力電流とを比較し、この差分を出力電圧制御回路の基準値に重畳させることで各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をバランスさせる電流バランス回路を使用したスイッチング電源装置がある（特許文献１）。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流の差分とで出力電圧を調整するので、各スイッチング電源装置の出力電流を均一にさせることができる。
【０００３】
しかし、スイッチング電源装置の出力部に挿入した電流検出抵抗で電流を検出すると、抵抗にロスが発生し、出力電流が大きい場合は効率を低下させる。また、電流検出抵抗は検出値のばらつきを防ぐため精度の高い抵抗を使う必要があるが、大電流を流し且つ精度の高い抵抗は、抵抗値を大きくすることが困難である。ところが、低い抵抗値の電流検出抵抗を用いると、軽負荷時に電流検出抵抗に発生する電圧が小さくなり、出力電流をバランスさせることができなくなることがある。主に電流検出抵抗の電圧を検出する増幅器のオフセット電圧に起因する。増幅器の入力にオフセットがあると、電流検出抵抗の電圧がオフセット電圧より小さい場合に出力電流を検出できず、バランスさせることができない。この状態で負荷が急変し出力電流が増えると、出力電圧のダイナミック応答特性が悪くなる。
【０００４】
そこで、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続したスイッチング電源装置であって、前記それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータは、出力電圧と基準電圧を比較した誤差信号に応じてスイッチ素子をオンオフする制御回路と、出力電流を電圧に変換する電流検出素子と、前記電流検出素子に発生した電圧を第１の入力及び第２の入力間に入力し出力電流信号を出力する差動増幅器と、自己の出力電流信号と他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号に応じて誤差信号を補正する電流比較器とを備え、前記差動増幅器は、入力のオフセット電圧に応じて前記第１の入力のインピーダンスと前記第２の入力のインピーダンスとを異なる値に調整することが、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６１０６３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１５４４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２は、以下のような問題点が発生する。
例えば、図３のように２台のＤＣ／ＤＣコンバータを冗長運転で、負荷Ａ及び負荷Ｂに電力を供給する場合を考える。この際、図４のように負荷Ａ及び負荷Ｂの電流が急変すると、各負荷線のインピーダンスの差により、図５に示すように、各電源の出力電流のピーク値に差が発生する。
【０００７】
図６は２台の電源に搭載した電流バランス回路３−ａおよび３−ｂを使用した従来例と、図７は電流バランス回路に使用された制御用ＩＣ３６を示すブロック図である。電流バランス回路に使用された制御用ＩＣには、例えばテキサス・インスツルメンツ社製のＵＣＣ２９００２等を用いると容易に実現できる。
【０００８】
電源自身の出力電流を検出する電流検出抵抗３１に発生する電圧を制御用ＩＣ３６の端子ＣＳ−及び端子ＣＳ＋で検出し、端子ＣＳＯに出力電流に応じた電流検出信号を出力する。端子ＬＳは他の電源と共通に接続し、目標電流信号を生成する。制御用ＩＣ３６は、端子ＣＳＯと端子ＬＳを比較し、電流検出信号が目標電流信号と同じになるように、端子ＡＤＪを調整する。端子ＡＤＪはＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａまたは２ーｂのセンシング端子＋Ｓの電圧を調整するので、端子ＣＳＯと端子ＬＳの電圧が同じになるように、つまり電源自身の電流と目標とする電流が同じになるように＋Ｓ端子の電圧を調整する。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａと２−ｂの出力電圧を調整して各電源の出力電流を同じにする。
【０００９】
ところが、図４のように２つの負荷にそれぞれ急変すると、配線のインダクタンスにより出力電流の増減が遅れ、出力電流のピーク値に差が発生する。このとき、出力電流の遅れと電流の急変周期によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａとＤＣ／ＤＣコンバータ２−ｂとで互いに出力電圧を上昇させる動作となる事が有る。電圧上昇限界はＡＤＪ端子に流入する電流で発生するバランス用抵抗３７の両端電圧で制限されるので、電源のバラツキや負荷線のインピーダンスの差分が大きいと、多くのＤＣ／ＤＣコンバータを並列に使用した場合は、出力電圧の上昇が不十分となり電流を供給しないＤＣ／ＤＣコンバータが発生することがある。また、負荷は１つであるが図８のような装置配線でも、図３の配線より負荷線のインピーダンスの差が大きいため、同様の現象が起こることがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するため、本発明のスイッチング電源装置は、  複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続したスイッチング電源装置であって、前記それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータは、出力電圧と基準電圧を比較し生成した誤差信号に応じてスイッチ素子をオンオフする制御回路と、自己の出力電流を出力電流信号として検出する電流検出器と、他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号と、自己の前記出力電流信号とを比較し、前記誤差信号を補正する電流補正器と、他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号と自己の前記出力電流信号とが等しくなるように自己の出力電圧を調整する電流バランス回路とを備え、前記制御回路は、自己の出力電流に対する出力電圧が負の特性を示すように出力電圧を調整する事を特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明のスイッチング電源装置の制御回路は、出力電圧と基準電圧を比較するとき、前記電流検出回路が出力する第一のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流で出力電圧を補正し、出力電流が増加したとき出力電圧を低下させる特性にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスイッチング電源装置は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを冗長運転し、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を均等にする電流バランス回路を備えるが、少なくとも1つの負荷に急激な電流変化が周期的に発生し、電流の変化が途中のときさらに電流変化が発生すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路は出力電流が増加したとき出力電圧を低下させる特性を有するので、出力電流を多く分担する電源装置の出力電圧がより多く低下し、バランスの崩れを抑制できる。つまり、負荷電流の静的変動は電流バランス回路でバランスさせ、動的変動はＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路は出力電流が増加したとき出力電圧を低下させる特性で、特定のＤＣ／ＤＣコンバータに電流が集中することを抑制することが出来る。
【００１３】
さらに電流バランス回路が備える自己の出力電流を利用して、出力電流に対する出力電圧の特性を容易に負の特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のスイッチング電源装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に使用された出力電流と出力電圧の特性を説明する図である。
【図３】従来の並列運転を説明するブロック図である。
【図４】従来の並列運転で負荷電流を示す図である。
【図５】従来の並列運転で図４の負荷電流が流れたときの各電源の電流を示す図である。
【図６】従来の電流バランス回路を示すブロック図である。
【図７】従来の電流バランス回路に使用させる集積回路のブロック図である。
【図８】従来の並列運転で他の接続例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例のブロック図を図１に示す。図１は図６の従来例に対し、電流バランス回路３の端子ＣＳＯと抵抗４３、４４、４５の直列接続から成る出力電圧検出回路に抵抗Ｒｄを追加したものである。図６に対し、動作説明の便宜上、出力電圧検出回路及び、出力電圧と基準電圧４１を比較する増幅器である誤差増幅器４０と。誤差増幅器４０の出力信号に応じてフォトカプラ４２に流れる電流を調整して、出力電圧と基準電圧の差分をフォトカプラを介してＤＣ／ＤＣコンバータ内に備えるスイッチ素子をオンオフ制御するＰＷＭ信号生成部へ伝達する。これによって各出力電圧を制御すると共に、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流がバランスするように各出力電圧を調整する。なお、出力電圧検出回路、誤差増幅回路、フォトカプラは従来例と同じである。
【００１６】
これらの機能を実現するため、従来例の図６に対し、図１のように抵抗Ｒｄを追加する。出力電流を検出した信号を出力する端子ＣＳＯから出力電圧検出回路に抵抗Ｒｄを介して接続し、出力電圧検出信号を出力電流信号で調整する。このため、出力電流が大きくなると出力電圧が低下し、つまり、図２に示すような出力電圧は出力電流に対し負の特性を有する特性を容易に付加させることができる。
【００１７】
出力電流に対する出力電圧を負の特性を備えたＤＣ／ＤＣコンバータを使用した並列冗長運転では、出力電流が増加すると出力電圧が低下するので、必ずどこかの動作条件でバランスする。しかし、各電源の出力電圧を高精度に一致させないと、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を均一にすることは出来ない。これに対し、電流バランス回路は、各電源の出力電流を基に目標電流になるように調整するので、各電源の出力電圧を高精度で調整する必要はない。このため並列冗長運転では、電流バランス回路と出力電流に対する出力電圧を負の特性を利用した出力電流をバランスさせる方法を併用する事で、静的負荷変動では電流バランス回路で高精度に各電源の出力電流が均一にバランスし、動的負荷変動時には出力電流に対する出力電圧を負の特性により極端に電流が集中する事を避けることができる。
【００１８】
このように電流バランス回路と出力電流に対する出力電圧を負の特性を利用した出力電流をバランスさせる方法を併用する事で、負荷のあらゆる条件で各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流が特定の電源に集中する事を避けることができる。また、電流バランス回路は電流検出回路が備わるので、出力電流に対する出力電圧を負の特性を持たせるのに、極めて簡単な方法で実現する事が出来る。即ち、出力電圧検出回路の信号を電流バランス回路の出力電流検出回路の信号で補正する。具体的には、抵抗を介して信号を補正するように接続するだけで良い。
【００１９】
なお、図１のＡＤＪ端子に接続された抵抗４３の両端に発生する電圧Ｖｕｐと抵抗Ｒｄの両端に発生する電圧(Ｖｄｏｗｎ)とは同等か、Ｖｄｏｗｎを大きくすると、さらに良い効果が期待できる。
【符号の説明】
【００２０】
１    直流電源
２、２−ａ、２−ｂ    ＤＣ／ＤＣコンバータ
３、３−ａ、３−ｂ    電流バランス回路
４    負荷
３１  電流検出抵抗
３２、３３、３４、３５    抵抗
４３、４４、４５  出力電圧検出回路
３６  制御用ＩＣ
３７  バランス用抵抗
４０  誤差増幅器
４１  基準電圧
４２  フォトカプラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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