(57)【要約】【課題】電源の動作不良状態を検出するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】電源は、第１および第２のスイッチに動作可能に結合されたコントローラを有している。第１および第２のスイッチは、電圧源と接地接続点の間に直列に接続されており、第１のスイッチと第２のスイッチの間に第１の電気接続点が電気結合されている。この第１の電気接続点は、さらにインダクタの第１の端部に結合されている。コントローラは、第１および第２のスイッチに、第１の電気接続点に電圧パルスを印加するように構成されている。所定の時間間隔の間に第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数を決定するために、第１の電気接続点の電圧をモニタする。また、所定の時間間隔の間に第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数が所定の電圧パルス数以下になると、第１の動作不良状態が発生したことを決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のスイッチに動作可能に結合されたコントローラを有し、前記第１および第２のスイッチが電圧源と接地接続点の間に直列に接続され、前記第１のスイッチと第２のスイッチの間に第１の電気接続点が電気結合され、前記第１の電気接続点がさらにインダクタの第１の端部に電気結合され、前記コントローラが、前記第１および第２のスイッチに、前記第１の電気接続点に電圧パルスを印加するように構成された電源の動作不良状態を検出するための方法であって、
所定の時間間隔の間に前記第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数を決定するために、前記第１の電気接続点の電圧をモニタするステップと、
前記所定の時間間隔の間に前記第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数が所定の電圧パルス数以下になると、第１の動作不良状態が発生したことを決定するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記インダクタの第２の端部の電圧レベルを測定するステップと、
測定した電圧レベルが所定の電圧レベル未満である場合、第２の動作不良状態が発生したことを決定するステップと
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記所定の電圧パルス数が１つまたは複数の電圧パルスからなる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２のスイッチのうちの少なくともいずれか一方が非動作状態になると、前記第１の動作不良状態が発生する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１の動作不良状態が発生すると、前記インダクタの前記第２の端部を負荷から電気的に開放するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
第１および第２のスイッチに動作可能に結合されたコントローラを有し、前記第１および第２のスイッチが電圧源と接地接続点の間に直列に接続され、前記第１のスイッチと第２のスイッチの間に第１の電気接続点が電気結合され、前記第１の電気接続点がさらにインダクタの第１の端部に電気結合され、前記コントローラが、前記第１および第２のスイッチに、前記第１の電気接続点に電圧パルスを印加するように構成された電源の動作不良状態を検出するためのシステムであって、
前記第１の電気接続点に動作可能に結合された、所定の時間間隔の間に前記第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数を決定する電圧パルス検出回路であって、前記所定の時間間隔の間に前記第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数が所定の電圧パルス数以下になると、第１の動作不良状態が発生したことを示す第１の信号を生成する電圧パルス検出回路
を備えたシステム。
【請求項７】
前記インダクタの第２の端部の電圧レベルを測定し、かつ、測定した電圧レベルが所定の電圧レベル以下である場合、第２の動作不良状態が発生したことを示す第２の信号を生成するように動作する電圧レベル検出回路をさらに備えた、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記電圧パルス検出回路および前記電圧レベル検出回路に動作可能に結合された、前記第１および第２の信号を受け取り、かつ、第３のスイッチに前記電源を負荷から開放させるための第３の信号を生成する論理ゲートをさらに備えた、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記所定の電圧パルス数が１つまたは複数の電圧パルスからなる、請求項６記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１および第２のスイッチのうちの少なくともいずれか一方が非動作状態になると、前記第１の動作不良状態が発生する、請求項６記載のシステム。
【請求項１１】
第１および第２のスイッチに動作可能に結合されたコントローラを有し、前記第１および第２のスイッチが電圧源と接地接続点の間に直列に接続され、前記第１のスイッチと第２のスイッチの間に第１の電気接続点が電気結合され、前記第１の電気接続点がさらにインダクタの第１の端部に電気結合され、前記コントローラが、前記第１および第２のスイッチに、前記第１の電気接続点に電圧パルスを印加するように構成された電源の動作不良状態を検出するためのシステムであって、
所定の時間間隔の間に前記第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数を決定するために、前記第１の電気接続点の電圧をモニタする手段と、
前記所定の時間間隔の間に前記第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数が所定の電圧パルス数以下になると、第１の動作不良状態が発生したことを決定するための手段と
を備えたシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
冗長電源システムでは、互いに並列に電気接続された複数の電源によって電力が供給される。
【背景技術】
【０００２】
通常、必要なシステム電力要件は、Ｎ個の電源の結合出力を利用することによって得られる。１つの追加バックアップ電源を追加することにより、電源システムにＮ＋１個の電源が得られるため、電源システムは、故障した電源を電気的に除去して電力の混乱を回避し、尚かつＮ個の電源による所望のシステム電力要件に合致することができる。
【０００３】
電源の出力端子のＤＣ電圧を測定することによって電源の動作を監視する監視回路が開発されている。しかしながら、他の監視回路が抱えている欠点は、電源が比較的長時間にわたって機能不良の状態を継続した後に初めて、その不良状態が、監視回路によって検出される電源出力端子の電圧変動または電流変動をもたらす可能性があることである。
【特許文献１】米国特許第６０３１７４３号
【特許文献２】米国特許第６４７３２８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、電源出力端子の電圧を単に監視するのではなく、電源によって生成される内部信号を利用して電源の動作不良状態を検出することができる監視システムが必要である。電源の内部信号は、たとえば電源内で生成される、次に電源の出力端子に出力電圧を生成するためのパルス幅変調信号などの任意の信号として定義される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的実施形態によれば、電源の動作不良状態を検出するための方法が提供される。電源は、第１および第２のスイッチに動作可能に結合されたコントローラを有している。第１および第２のスイッチは、電圧源と接地接続点の間に直列に接続されており、第１のスイッチと第２のスイッチの間に第１の電気接続点が電気結合されている。この第１の電気接続点は、さらにインダクタの第１の端部に電気結合されている。コントローラは、第１および第２のスイッチに、第１の電気接続点に電圧パルスを印加するように構成されている。この方法には、所定の時間間隔の間に第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数を決定するために、第１の電気接続点の電圧をモニタする段階が含まれている。この方法には、さらに、所定の時間間隔の間に第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数が所定の電圧パルス数以下になると、第１の動作不良状態が発生したことを決定する段階が含まれている。
【０００６】
他の例示的実施形態によれば、電源の動作不良状態を検出するためのシステムが提供される。電源は、第１および第２のスイッチに動作可能に結合されたコントローラを有している。第１および第２のスイッチは、電圧源と接地接続点の間に直列に接続されており、第１のスイッチと第２のスイッチの間に第１の電気接続点が電気結合されている。この第１の電気接続点は、さらにインダクタの第１の端部に電気結合されている。コントローラは、第１および第２のスイッチに、第１の電気接続点に電圧パルスを印加するように構成されている。このシステムは、第１の電気接続点に動作可能に結合された、所定の時間間隔の間に第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数を決定する電圧パルス検出回路を備えている。電圧パルス検出回路は、所定の時間間隔の間に第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数が所定の電圧パルス数以下になると、第１の動作不良状態が発生したことを示す第１の信号を生成する。
【０００７】
他の例示的実施形態によれば、電源の動作不良状態を検出するためのシステムが提供される。電源は、第１および第２のスイッチに動作可能に結合されたコントローラを有している。第１および第２のスイッチは、電圧源と接地接続点の間に直列に接続されており、第１のスイッチと第２のスイッチの間に第１の電気接続点が電気結合されている。この第１の電気接続点は、さらにインダクタの第１の端部に電気結合されている。コントローラは、第１および第２のスイッチに、第１の電気接続点に電圧パルスを印加するように構成されている。このシステムは、所定の時間間隔の間に第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数を決定するために、第１の電気接続点の電圧をモニタする手段を備えている。この方法は、さらに、所定の時間間隔の間に第１の電気接続点に印加される電圧パルスの数が所定の電圧パルス数以下になると、第１の動作不良状態が発生したことを決定するための手段を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、電力を生成するための電源システム１０が示されている。電源システム１０は、電源１２、１４、１６、負荷１８および電気線路２０、２２を備えている。図に示すように、電源１２、１４、１６および負荷１８は、電気線路２０、２２を介してそれぞれ並列に電気結合されている。電源１２、１４、１６は実質的に類似した回路を有しているため、以下、電源１２のみを参照してより詳細に説明する。以下で説明する、電源システム１０の不良状態を検出するためのシステムは、あらゆるスイッチモード電源に使用されている回路と共に利用することができることに留意されたい。
【０００９】
図２を参照すると、電源１２の概要が詳細に示されている。電源システム１２は、バックトポロジースイッチング電源システムを備えている。電源１２は、電圧源３０、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ３２、スイッチ３４、３６、インダクタ３８、コンデンサ４０、スイッチ４２、バイアス電源４４、電圧パルス検出回路４６、電圧レベル検出回路４８および論理ゲート５０を備えている。電圧源３０は、接続点６０と６２の間にＤＣ電圧を供給している。
【００１０】
スイッチ３４、３６は、電圧源３０からの電圧を使用して、インダクタ３８に印加される電圧パルスを提供している。スイッチ３４は、接続点６０と接続点６４の間に電気結合されている。スイッチ３６は、接続点６２と接続点６４の間に電気結合されている。また、スイッチ３４、３６は、ＰＷＭコントローラ３２に動作可能に結合されている。ＰＷＭコントローラ３２は、スイッチ３４、３６を開閉し、インダクタ３８に印加される電圧パルスを生成するための制御信号を生成している。また、接続点６４には所定の周波数の複数の電圧パルスが印加されている。ＰＷＭコントローラ３２は、電圧パルスのデューティサイクルを変更し、接続点６６のＤＣ出力電圧を所定のレベルに調整することができる。
【００１１】
インダクタ３８は、接続点６４と、コンデンサ４０に結合された接続点６６の間に動作可能に結合されている。コンデンサ４０は、接続点６６と接続点６２の間に電気結合されている。インダクタ３８とコンデンサ４０の組合せによって、接続点６４に印加された電圧パルスがＤＣ電圧に変換され、接続点６６に所定の電圧レベルが得られる。
【００１２】
スイッチ４２は、接続点６６と電気線路２０の間に動作可能に結合されている。スイッチ４２は、さらに論理ゲート５０に動作可能に結合されている。論理ゲート５０は、電圧パルス検出回路４６または電圧レベル検出回路４８のいずれかが動作不良状態を検出すると、論理レベルがハイの信号（Ｆ３）をスイッチ４２に送信する。スイッチ４２は、この信号（Ｆ３）に応答して開動作位置へ移動し、インダクタ３８および／またはコンデンサ４０から負荷１８へ流れる電流を遮断する。また、電圧パルス検出回路４６および低電圧検出回路４８が共に動作不良状態を検出していない場合、論理ゲート５０は、論理レベルがローの信号（Ｆ３）をスイッチ４２に送信する。スイッチ４２は、この信号（Ｆ３）に応答して閉動作位置へ移動し、インダクタ３８および／またはコンデンサ４０から負荷１８へ電流を供給する。
【００１３】
バイアス電源４４は、接続点６０と接続点６２の間に動作可能に結合され、電圧パルス検出回路４６および電圧レベル検出回路４８に電圧を供給している。バイアス電源４４は、接続点６８で電圧パルス検出回路４６および電圧レベル検出回路４８の両方に電気結合されている。バイアス電源４４は、さらに接続点７０で電圧パルス検出回路４６および電圧レベル検出回路４８に電気結合されている。
【００１４】
図３を参照すると、電圧パルス検出回路４６は、スイッチ３４、３６のいずれかが電源１２の第１の不良状態を表す開動作位置または閉動作位置のいずれかに位置したことを検出するために提供されている。このような状態が発生すると、接続点６４で検出されるべき電圧パルスのうちの１つまたは複数が検出されなくなる。電圧パルス検出回路４６は、比較器８０、抵抗８４、コンデンサ８６およびダイオード８８を備えている。比較器８０の非反転端子（＋）は接続点８２に電気結合されており、比較器８０の反転端子（−）は基準電圧（ＶＲＥＦ１）を受け取っている。抵抗８４は、接続点６８と接続点８２の間に電気結合されている。また、ダイオード８８は、接続点８２と接続点６４の間に電気結合されている。最後に、コンデンサ８６は、接続点８２と接続点７０の間に電気結合されている。
【００１５】
接続点６４の電圧パルスの論理値がハイの場合、抵抗８４を通ってコンデンサ８６に電流が流れ、コンデンサ８６が充電される。コンデンサ８６が充電されると、接続点８２の電圧が高くなる。接続点８２の電圧が電圧（ＶＲＥＦ１）より高くなると、比較器８０によって論理レベルがハイの不良信号（Ｆ１）が生成され、論理ゲート５０に送信される。抵抗８４とコンデンサ８６の時定数は、所定の周波数で接続点８２に印加される電圧パルスの１つまたは複数の期間より長くなっている。この時定数によって、雑音および他の摂動に起因する不良状態の誤った起動が確実に防止される。例示的実施形態では、抵抗８４とコンデンサ８６の時定数は、電圧パルスの３つの時間周期である時間（Ｔ３）から時間（Ｔ７）までの時間周期の時間継続期間に等しくなっている。したがって例示的実施形態では、接続点６４で３つの電圧パルスが検出されない場合、比較器８０は、論理レベルがハイの不良信号（Ｆ１）を生成する。言い換えると、接続点８２の電圧が電圧（ＶＲＥＦ１）未満である場合、比較器は、第１の不良状態が検出されていないことを示す論理レベルがローの不良信号（Ｆ１）を維持する。
【００１６】
図４を参照すると、電圧レベル検出回路４８は、電源１２の第２の不良状態を表す、接続点６６の出力電圧が所定の閾値電圧未満になったことを検出するために提供されている。スイッチ３６が短絡し、接続点６６の電圧が閾値電圧（ＶＲＥＦ２）未満に降下するとこの第２の不良状態が発生することになる。電圧レベル検出回路４８は、非反転端子（＋）および反転端子（−）を有する比較器９０を備えている。反転端子（−）は、接続点６６に電気結合されている。非反転端子（＋）は、基準電圧（ＶＲＥＦ２）を受け取っている。接続点６６に印加される電圧が基準電圧（ＶＲＥＦ２）未満に降下すると、比較器９０は、電源１２の第２の不良状態を表す論理レベルがハイの第２の不良信号（Ｆ２）を出力する。
【００１７】
論理ＯＲゲート５０は、電圧パルス検出回路４６および電圧レベル検出回路４８に動作可能に結合され、電圧パルス検出回路４６および電圧レベル検出回路４８からそれぞれ第１および第２の不良信号（Ｆ１）、（Ｆ２）を受け取っている。信号（Ｆ１）、（Ｆ２）のいずれかの論理レベルがハイのとき、論理ＯＲゲート５０によって論理レベルがハイの不良信号（Ｆ３）が生成され、スイッチ４２に送信される。スイッチ４２は、この不良信号（Ｆ３）に応答して開動作位置へ移動し、電源１２から電気線路２０を通って流れる電流を遮断する。信号（Ｆ１）、（Ｆ２）の論理レベルが共にローのとき、論理ＯＲゲート５０によって論理レベルがローの不良信号（Ｆ３）が生成され、スイッチ４２に送信される。スイッチ４２は、この不良信号（Ｆ３）に応答して閉動作位置へ移動し、電源１２から電気線路２０を通って流れる電流を許容する。
【００１８】
次に、電源１２の不良状態の検出について、図３、５〜７を参照して説明する。ＰＷＭコントローラ６４の制御によってスイッチ３４、３６が電圧パルス１１０、１１２、１１４および１１６を生成する。図に示すように、電圧パルス１１０、１１２、１１４の各々は、電源１２が正常に動作していることを示す論理レベルがハイで時間継続期間が（ΔＴ１）からなっている。電圧パルス１１６は、論理レベルがハイであり、時間継続期間は、２つの電圧パルスの周期の時間継続期間に等しい。つまり、存在すべきもう１つの電圧パルスが検出されていない。しかしながら、比較器９０の接続点８２の電圧は基準電圧（ＶＲＥＦ１）を超えていないため、電圧パルス検出回路４６は、論理値がハイの不良信号を生成していない。スイッチ３４、３６は、次に、論理レベルがハイで時間継続期間が３つの電圧パルスの周期の時間継続期間に等しい電圧パルス１１７を生成する。接続点８２の電圧は、時間（Ｔ６）と時間（Ｔ７）の間、基準電圧（ＶＲＥＦ１）を超えているため、比較器９０は、この時間間隔の間、論理値がハイである第１の不良信号（Ｆ１）を生成する。論理ゲート５０は、この不良信号（Ｆ１）に応答して論理値がハイの不良信号（Ｆ３）を生成し、スイッチ４２を開動作位置へ移動させる。したがってスイッチ４２は、少なくとも３つのパルスが紛失していることが接続点６４で検出されると開動作位置へ移動し、それにより電源１２から電気線路２０へ流れる電流が遮断される。
【００１９】
図４および８〜１０を参照すると、時間（Ｔ４）と時間（Ｔ５）の間、接続点６６の電圧が基準電圧（ＶＲＥＦ２）より小さくなっている。電圧レベル検出回路４８の比較器９０は、接続点６６の電圧が基準電圧（ＶＲＥＦ２）より小さくなったことに応答して、（Ｔ４）から（Ｔ５）までの時間間隔の間、論理値がハイである第２の不良信号（Ｆ２）を生成する。論理ゲート５０は、この不良信号（Ｆ２）に応答して論理レベルがハイである第３の不良信号（Ｆ３）を生成し、スイッチ４２を開動作位置へ移動させる。スイッチ４２は、基準電圧（ＶＲＥＦ２）より大きい電圧が接続点６６で検出されると開動作位置へ移動し、それにより電源１２から電気線路２０へ流れる電流が遮断される。
【００２０】
電源の動作不良状態を検出するための上記システムおよび方法によれば、他のシステムおよび方法に優る実質的な利点が提供される。詳細には、上記システムおよび方法により、電源の出力電圧を単に監視するのではなく、電源によって生成される内部信号を利用して電源の動作不良状態を検出する技術的な効果が提供される。したがって本発明によるシステムを使用することにより、他のシステムより速やかに不良状態を検出することができ、負荷１８に対する電力の混乱を防止することができる。
【００２１】
以上、本発明について、例示的実施形態を参照して説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更を加えることができ、また、等価の構成要素を本発明による構成要素の代替として使用することができることは当業者には理解されよう。また、本発明の教示には、特定の状況に適合させるべく、本発明の範囲を逸脱することなく多くの修正を加えることができる。したがって本発明は、上で開示した、本発明を実行するための実施形態には何ら制限されず、本発明には、意図されている特許請求の範囲の範疇であるあらゆる実施形態が包含されている。また、第１、第２などの用語が使用されているが、それらの順序は何ら重要ではなく、単に構成要素を区別するために使用されているにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電源システムの略図である。
【図２】例示的実施形態による診断システムを有する図１の電源システムの電源をより詳細に示す略図である。
【図３】図２に示す電源に利用される電圧パルス検出回路の詳細略図である。
【図４】図２に示す電源に利用される電圧レベル検出回路を示す図である。
【図５】パルス幅変調コントローラによって図２の接続点６４に生成される信号を示す略図である。
【図６】図３に示す電圧パルス検出回路の接続点８２に生成される信号を示す略図である。
【図７】図３に示す電圧パルス検出回路によって生成される第１の動作不良信号を示す略図である。
【図８】図２に示す電源の接続点６６に生成される信号を示す略図である。
【図９】図２に示す電圧レベル検出回路によって生成される第２の不良信号を示す略図である。
【図１０】図２に示す低電圧検出回路の論理ゲートによって生成される信号を示す略図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  電源システム
１２、１４、１６  電源
１８  負荷
２０、２２  電気線路
３０  電圧源
３２  パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ
３４、３６、４２  スイッチ
３８  インダクタ
４０、８６  コンデンサ
４４  バイアス電源
４６  電圧パルス検出回路
４８  電圧レベル検出回路
５０  論理ゲート
６０、６２、６４、６６、６８、７０、８２  接続点
８０、９０  比較器
８４  抵抗
８８  ダイオード
１１０、１１２、１１４、１１６、１１７  電圧パルス
【図１】
2008504796.tif 000003
【図２】
2008504796.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008504796.tif 000007
【図６】
2008504796.tif 000008
【図７】
2008504796.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008504796.tif 000011
【図１０】
2008504796.tif 000012
【国際調査報告】
2008504796.tif 000013
2008504796.tif 000014
2008504796.tif 000015