(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源電圧を変換して得た直流電圧を、出力点を介して負荷に供給する主給電用ユニットと、前記主給電用ユニットの運転停止時のバックアップ運転により前記出力点を介して直流電圧を前記負荷に供給するバックアップ用ユニットと、を備えた直流電源装置の出力電圧制御方法において、
バックアップ運転時の前記バックアップ用ユニットの出力電圧指令値を演算するキャリブレーション動作として、
前記主給電用ユニットの運転時に前記バックアップ用ユニットの出力電圧を徐々に上昇させ、前記主給電用ユニットの出力電圧、前記バックアップ用ユニットの出力電圧及び出力電流を用いて前記バックアップ用ユニットから前記出力点までの配線抵抗を第１の配線抵抗として算出すると共に、
前記主給電用ユニットの出力電圧、前記負荷が要求する電圧、前記出力点から前記負荷に流れる電流を用いて、前記出力点から前記負荷までの配線抵抗を第２の配線抵抗として算出し、前記第１の配線抵抗と前記第２の配線抵抗との合計値と、前記バックアップ用ユニットの出力電流との積を補償電圧として求め、前記補償電圧を前記負荷が要求する電圧に加算して前記出力電圧指令値を予め演算することを特徴とする直流電源装置の出力電圧制御方法。
【請求項２】
交流電源電圧を変換して得た直流電圧を、出力点を介して負荷に供給する主給電用ユニットと、前記主給電用ユニットの運転停止時のバックアップ運転により前記出力点を介して直流電圧を前記負荷に供給するバックアップ用ユニットと、を備えた直流電源装置において、
前記主給電用ユニット及び前記バックアップ用ユニットは、それぞれの出力電圧及び出力電流を検出する手段を備え、
前記バックアップ用ユニットは、
バックアップ運転時の前記バックアップ用ユニットの出力電圧指令値を演算するキャリブレーション動作として、
前記主給電用ユニットの運転時に自己の出力電圧を徐々に上昇させ、前記主給電用ユニットの出力電圧、自己の出力電圧及び出力電流を用いて前記バックアップ用ユニットから前記出力点までの配線抵抗を第１の配線抵抗として算出すると共に、
前記主給電用ユニットの出力電圧、前記負荷が要求する電圧、前記出力点から前記負荷に流れる電流を用いて、前記出力点から前記負荷までの配線抵抗を第２の配線抵抗として算出し、
前記第１の配線抵抗と前記第２の配線抵抗との合計値と、自己の出力電流との積を補償電圧として求め、前記補償電圧を前記負荷が要求する電圧に加算して自己の出力電圧指令値を予め演算する制御手段を備えたことを特徴とする直流電源装置の出力電圧制御装置。
【請求項３】
交流電源電圧を変換して得た直流電圧を、出力点を介して負荷に供給する主給電用ユニットと、前記主給電用ユニットの運転停止時のバックアップ運転により前記出力点を介して直流電圧を前記負荷に供給する複数台のバックアップ用ユニットと、前記主給電用ユニット及び前記バックアップ用ユニットとの間で通信可能な外部の管理手段と、
を備えた直流電源装置において、
前記主給電用ユニット及び前記バックアップ用ユニットは、それぞれの出力電圧及び出力電流を検出する手段を備え、
前記バックアップ用ユニットは、
バックアップ運転時の前記バックアップ用ユニットの出力電圧指令値を演算するキャリブレーション動作として、
前記主給電用ユニットの運転時に自己の出力電圧を徐々に上昇させ、前記主給電用ユニットの出力電圧、自己の出力電圧及び出力電流を用いて前記バックアップ用ユニットから前記出力点までの配線抵抗を第１の配線抵抗として算出すると共に、前記主給電用ユニットの出力電圧、前記負荷が要求する電圧、前記出力点から前記負荷に流れる電流を用いて、前記出力点から前記負荷までの配線抵抗を第２の配線抵抗として算出し、前記第１の配線抵抗と前記第２の配線抵抗との合計値と、自己の出力電流との積を補償電圧として求め、前記補償電圧を前記負荷が要求する電圧に加算して自己の出力電圧指令値を予め演算する制御手段を備え、
前記管理手段は、
何れかのバックアップ用ユニットから送信された前記キャリブレーション動作の要求を許可して当該バックアップ用ユニットが前記キャリブレーション動作を実行中である場合には、他のバックアップ用ユニットから送信された前記キャリブレーション動作の要求を不許可とすることを特徴とする直流電源装置の出力電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックアップ用を含む複数台の直流電源ユニットが負荷に対して並列に接続された直流電源装置において、バックアップ用ユニットから負荷に至る電源線の配線抵抗による電圧降下を補償して負荷に所定の直流電圧を供給可能とした出力電圧制御方法及び出力電圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに並列に接続された複数の直流電源ユニットからなる直流電源装置として、特許文献１に記載された従来技術が知られている。
図７は、この従来技術の構成図であり、１００は交流電源、２００ａ，２００ｂはＡＣ−ＤＣコンバータ、はバックアップ電源、４００は直流電圧が印加される負荷である。ここで、ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａ，２００ｂ及びバックアップ電源３００ａ，３００ｂは、何れも直流電源ユニットとして機能するものであり、互いに並列に接続されている。【０００３】
ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａ，２００ｂは同一の構成であり、ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａは、例えば、力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路２０１、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２、半導体スイッチング素子２０３、制御回路２０４、平滑コンデンサ２０５、電流検出器２０６を備えている。
また、バックアップ電源３００ａ，３００ｂは同一の構成であり、バックアップ電源３００ａは、例えば、停電検出回路３０１、二次電池３０２、電池モニタ３０３、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３０４、制御回路３０５、半導体スイッチング素子３０６、平滑コンデンサ３０７、電流検出器３０８を備えている。【０００４】
２００Ｐ，２００Ｎ，３００Ｐ，３００Ｎは、ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａ，２００ｂ及びバックアップ電源３００ａ，３００ｂの正負の出力端子である。これらの出力端子２００Ｐ，２００Ｎ，３００Ｐ，３００Ｎは、電源線５０１によってそれぞれ並列に接続されている。また、ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａ，２００ｂ及びバックアップ電源３００ａ，３００ｂは、信号線５０２を介して互いに並列に接続されている。
なお、２５０ａ，２５０ｂ，３５０ａ，３５０ｂ，６５０ａ，６５０ｂ，７５０ａ，７５０ｂはコネクタを示す。【０００５】
図８は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａ，２００ｂ及びバックアップ電源３００ａ，３００ｂの実装構造の一例を示している。ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａ，２００ｂ及びバックアップ電源３００ａ，３００ｂは、コネクタ２５０ａ，２５０ｂ，３５０ａ，３５０ｂを装置本体８００側のコネクタ６５０ａ，６５０ｂ，７５０ａ，７５０ｂにそれぞれ接続することにより実装される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２０９１９５号公報（段落［００３５］〜［００３７］、図１，図９等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図７，図８に示した従来技術において、ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａ，２００ｂ及びバックアップ電源３００ａ，３００ｂの各出力端子２００Ｐ，２００Ｎ，３００Ｐ，３００Ｎからコネクタ６５０ａ，６５０ｂ，７５０ａ，７５０ｂ及び電源線５０１を経て負荷４００に至る経路では、配線抵抗による電圧降下が発生し、その大きさは配線長に応じて異なった値となる。【０００８】
このため、交流電源１００が健全であってＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａが負荷４００に所定の直流電圧を供給している時に、交流電源１００が停電し、例えばバックアップ電源３００ａがバックアップ運転する場合には、以下のような問題を生じる。
すなわち、ＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａ側のコネクタ６５０ａから負荷４００までの配線長と、バックアップ電源３００ａ側のコネクタ７５０ａから負荷４００までの配線長とは異なっている。このため、バックアップ電源３００ａに対する出力電圧指令値を正常時のＡＣ−ＤＣコンバータ２００ａの出力電圧指令値と等しくして運転しても、前記配線長の相違による電圧降下に起因して、バックアップ時の負荷４００への印加電圧は正常時の印加電圧と等しくならず、両電圧間には誤差が生じる。
従って、負荷４００がサーバやストレージ等であって高い入力電圧精度が要求される場合や、負荷４００に対して低電圧かつ大電流を出力する場合には、上記の電圧誤差が無視できないものとなっていた。【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、配線抵抗による電圧降下を考慮してバックアップ用の直流電源ユニットの出力電圧指令値を求めることにより、負荷が要求する所定の電圧を高精度に出力可能とした直流電源装置の出力電圧制御方法及び出力電圧制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る出力電圧制御方法は、交流電源電圧を変換して得た直流電圧を、出力点を介して負荷に供給する主給電用ユニットと、前記主給電用ユニットの運転停止時のバックアップ運転により前記出力点を介して直流電圧を前記負荷に供給するバックアップ用ユニットと、を備えた直流電源装置の出力電圧制御方法において、
バックアップ運転時の前記バックアップ用ユニットの出力電圧指令値を演算するキャリブレーション動作として、
前記主給電用ユニットの運転時に前記バックアップ用ユニットの出力電圧を徐々に上昇させ、前記主給電用ユニットの出力電圧、前記バックアップ用ユニットの出力電圧及び出力電流を用いて前記バックアップ用ユニットから前記出力点までの配線抵抗を第１の配線抵抗として算出すると共に、
前記主給電用ユニットの出力電圧、前記負荷が要求する電圧、前記出力点から前記負荷に流れる電流を用いて、前記出力点から前記負荷までの配線抵抗を第２の配線抵抗として算出し、前記第１の配線抵抗と前記第２の配線抵抗との合計値と、前記バックアップ用ユニットの出力電流との積を補償電圧として求め、前記補償電圧を前記負荷が要求する電圧に加算して前記出力電圧指令値を予め演算するものである。
【００１１】
また、請求項２に係る出力電圧制御装置は、交流電源電圧を変換して得た直流電圧を、出力点を介して負荷に供給する主給電用ユニットと、前記主給電用ユニットの運転停止時のバックアップ運転により前記出力点を介して直流電圧を前記負荷に供給するバックアップ用ユニットと、を備えた直流電源装置において、
前記主給電用ユニット及び前記バックアップ用ユニットは、それぞれの出力電圧及び出力電流を検出する手段を備え、
前記バックアップ用ユニットは、
バックアップ運転時の前記バックアップ用ユニットの出力電圧指令値を演算するキャリブレーション動作として、
前記主給電用ユニットの運転時に自己の出力電圧を徐々に上昇させ、前記主給電用ユニットの出力電圧、自己の出力電圧及び出力電流を用いて前記バックアップ用ユニットから前記出力点までの配線抵抗を第１の配線抵抗として算出すると共に、
前記主給電用ユニットの出力電圧、前記負荷が要求する電圧、前記出力点から前記負荷に流れる電流を用いて、前記出力点から前記負荷までの配線抵抗を第２の配線抵抗として算出し、前記第１の配線抵抗と前記第２の配線抵抗との合計値と、自己の出力電流との積を補償電圧として求め、前記補償電圧を前記負荷が要求する電圧に加算して自己の出力電圧指令値を予め演算する制御手段を備えたものである。
【００１２】
請求項３に係る出力電圧制御装置は、交流電源電圧を変換して得た直流電圧を、出力点を介して負荷に供給する主給電用ユニットと、前記主給電用ユニットの運転停止時のバックアップ運転により前記出力点を介して直流電圧を前記負荷に供給する複数台のバックアップ用ユニットと、前記主給電用ユニット及び前記バックアップ用ユニットとの間で通信可能な外部の管理手段と、を備えた直流電源装置において、
前記主給電用ユニット及び前記バックアップ用ユニットは、それぞれの出力電圧及び出力電流を検出する手段を備え、
前記バックアップ用ユニットは、バックアップ運転時の前記バックアップ用ユニットの出力電圧指令値を演算するキャリブレーション動作として、
前記主給電用ユニットの運転時に自己の出力電圧を徐々に上昇させ、前記主給電用ユニットの出力電圧、自己の出力電圧及び出力電流を用いて前記バックアップ用ユニットから前記出力点までの配線抵抗を第１の配線抵抗として算出すると共に、前記主給電用ユニットの出力電圧、前記負荷が要求する電圧、前記出力点から前記負荷に流れる電流を用いて、前記出力点から前記負荷までの配線抵抗を第２の配線抵抗として算出し、前記第１の配線抵抗と前記第２の配線抵抗との合計値と、自己の出力電流との積を補償電圧として求め、前記補償電圧を前記負荷が要求する電圧に加算して自己の出力電圧指令値を予め演算する制御手段を備え、
前記管理手段は、何れかのバックアップ用ユニットから送信された前記キャリブレーション動作の要求を許可して当該バックアップ用ユニットが前記キャリブレーション動作を実行中である場合には、他のバックアップ用ユニットから送信された前記キャリブレーション動作の要求を不許可とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、バックアップ用ユニットから主給電用ユニットの出力点までの配線抵抗による電圧降下を補償するような出力電圧指令値を予め演算しておき、バックアップ運転時には、前記出力電圧指令値に従ってバックアップ用ユニットを運転するものである。
これにより、バックアップ用ユニットの位置に関わらず、バックアップ運転時にも主給電用ユニットの出力電圧と同じ大きさの電圧を出力点に発生させることができ、負荷が要求する電圧を高精度かつ安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１における各ユニットの主要部の構成図である。
【図３】図１における各ユニットの主要部の構成図である。
【図４】本発明の実施形態における各ユニット及び負荷の実装構造を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態における各ユニット及び負荷の実装構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態において、キャリブレーション要求があった場合の各部の処理を示すフローチャートである。
【図７】従来技術を示す構成図である。
【図８】従来技術における各ユニットの実装構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図１は、本発明の実施形態の構成を示している。
図１において、商用電源等の交流電源１０には、電源ユニットＰＳＵ０を介して負荷２０が接続されている。負荷２０は、直流電圧が供給されるものであれば特に限定されないが、例えばマザーボード２１を内蔵したサーバやストレージである。
【００１７】
電源ユニットＰＳＵ０は、交流電源１０に接続されて交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣ変換部３１と、その出力側に接続されて直流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換部３２と、その出力側と負荷２０との間に接続されたダイオード３３と、を備えている。
【００１８】
また、電源ユニットＰＳＵ０に対して出力側が並列になるように、複数台（図示例では７台）のバッテリユニットＢＢＵ１〜ＢＢＵ７が接続されている。バッテリユニットＢＢＵ１〜ＢＢＵ７の構成は何れも同一であり、バッテリ４１と、バッテリ４１の直流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換部４２と、その出力側と負荷２０との間に接続されたダイオード４３と、を備えている。
【００１９】
ここで、電源ユニットＰＳＵ０は、交流電源１０の健全時に運転されて負荷２０に直流電圧を供給し、バッテリユニットＢＢＵ１〜ＢＢＵ７は、交流電源１０の停電時や電源ユニットＰＳＵ０の故障によってその運転が停止した時に負荷２０に直流電圧を供給する。
すなわち、電源ユニットＰＳＵ０は、請求項における主給電用ユニットに相当し、バッテリユニットＢＢＵ１〜ＢＢＵ７は、請求項におけるバックアップ用ユニットに相当する。
なお、電源ユニット及びバッテリユニットの台数は、図１の例に何ら限定されるものではなく、必要とされる電源容量に応じて任意の台数が並列接続される。また、バッテリユニットは１台であっても良い。
【００２０】
ここで、電源ユニットＰＳＵ０の出力点（全ユニットの共通接続点）５０と負荷２０との間の電源線の配線抵抗をＲ０とし、電源ユニットＰＳＵ０及びバッテリユニットＢＢＵ１〜ＢＢＵ７の互いに隣り合う出力端子間の配線抵抗を、それぞれＲ１〜Ｒ７とする。
いま、電源ユニットＰＳＵ０の運転時に停電が発生したと仮定し、これをバッテリユニットＢＢＵ７によってバックアップする場合について考察する。ここでは、ダイオード３３，４３の順方向電圧降下を無視するものとし、また、電源ユニットＰＳＵ０の運転時には、出力点５０の電圧が負荷２０の要求する電圧（定格電圧）Ｖｏｕｔに等しい（配線抵抗Ｒ０を無視する）ものとする。
【００２１】
図１の出力点５０に対して、バッテリユニットＢＢＵ７の出力端子は配線抵抗（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）を持つ。仮に、負荷２０が要求する電圧Ｖｏｕｔを１２［Ｖ］、配線抵抗（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）を０．３７［ｍΩ］と仮定すると、バッテリユニットＢＢＵ７の出力電流Ｉｂｂｕ７が２００［Ａ］である場合には、配線抵抗（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）によって７４［ｍＶ］の電圧降下が発生する。
【００２２】
このため、バッテリユニットＢＢＵ７の出力電圧指令値を１２［Ｖ］に設定し、電流Ｉｂｂｕ７を２００［Ａ］流した場合には、出力点５０の電圧は、１２［Ｖ］に対して７４［ｍＶ］低い値となる（実際には、配線抵抗Ｒ０による電圧降下分だけ更に低い電圧が、負荷２０に印加される）。上記の誤差電圧７４［ｍＶ］は１２［Ｖ］に対して０．６［％］程度の値であるが、定常時に許容される負荷２０の入力電圧誤差（例えば±３［％］）に対して、無視できる値とは言えない。
そこで、この実施形態では、以下のような手段により、バッテリユニットによるバックアップ運転時にも、負荷２０に対して、電源ユニットＰＳＵ０の運転時と同じ大きさの電圧が印加されるようにした。
【００２３】
まず、バッテリユニットＢＢＵ７によって電源ユニットＰＳＵ０をバックアップする場合、予め、以下に説明するキャリブレーション動作を実行する。
すなわち、交流電源１０の健全時に電源ユニットＰＳＵ０を運転している状態でバッテリユニットＢＢＵ７を起動し、その出力電圧Ｖｂｂｕ７を徐々に上昇させる。電圧Ｖｂｂｕ７が電源ユニットＰＳＵ０の出力電圧Ｖｐｓｕ０を上回ってバッテリユニットＢＢＵ７から電流Ｉｂｂｕ７が流れると、以下の数式１〜数式３が成立する。
［数式１］
Ｉｏｕｔ＝Ｉｐｓｕ０＋Ｉｂｂｕ７
［数式２］
Ｖｐｓｕ０−Ｖｏｕｔ＝Ｒ０×Ｉｏｕｔ
［数式３］
Ｖｂｂｕ７−Ｖｐｓｕ０＝（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）×Ｉｂｂｕ７
【００２４】
電源ユニットＰＳＵ０の出力電圧Ｖｐｓｕ０を一定とすると、数式３により、キャリブレーション中のバッテリユニットＢＢＵ７の出力電圧Ｖｂｂｕ７及び出力電流Ｉｂｂｕ７がわかれば、配線抵抗（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）を算出することができる。よって、バッテリユニットＢＢＵ７によるバックアップ運転時には、負荷２０が要求する電圧Ｖｏｕｔ（配線抵抗Ｒ０を無視すると、出力点５０の電圧に等しい）に、補償電圧としてＩｂｂｕ７×（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）を加算してバッテリユニットＢＢＵ７の出力電圧指令値を求め、この出力電圧指令値に従ってバッテリユニットＢＢＵ７を運転すれば、所定の電圧Ｖｏｕｔを負荷２０に印加することが可能になる。
【００２５】
なお、数式２によれば、Ｖｐｓｕ０，Ｖｏｕｔ，Ｉｏｕｔが判れば、出力点５０と負荷２０との間の配線抵抗Ｒ０を算出可能であるから、負荷２０からバッテリユニットＢＢＵ７の出力端子に至る配線抵抗（Ｒ０＋Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）も算出可能である。
従って、補償電圧としてＩｂｂｕ７×（Ｒ０＋Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）を求め、この補償電圧を負荷２０が必要とする電圧に加算してバックアップ運転時のバッテリユニットＢＢＵ７の出力電圧指令値を求めても良い。これにより、配線抵抗Ｒ０も含めた一層高精度な出力電圧補償を行うことができる。
【００２６】
上記の説明では、バッテリユニットＢＢＵ７のキャリブレーション動作について説明したが、他のバッテリユニットについても、当該バッテリユニットと出力点５０との間の配線抵抗を算出して補償電圧を求めれば良い。
また、複数台のバッテリユニットの並列運転によりバックップする場合には、一部の電源線に複数台のバッテリユニットの出力電流の合計値が流れることを考慮するほかは、１台のバッテリユニットの場合と基本的に同様のキャリブレーション動作により、各バッテリユニットについての配線抵抗及び補償電圧を求めることができる。
【００２７】
次に、図２は各ユニットＰＳＵ０，ＢＢＵ１〜ＢＢＵ７の出力電流Ｉｘ及び出力電圧Ｖｘを検出するための構成図であり、この構成は全てのユニットに共通している。
図２において、電源ユニットＰＳＵ０（またはバッテリユニットＢＢＵ１〜ＢＢＵ７）内のＤＣ−ＤＣ変換部３２（４２）の出力側には、逆流防止素子６３が接続されている。この逆流防止素子６３は、ＯＲ−ｉｎｇ  ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のように超低オン抵抗の半導体素子であって複数のユニットを並列運転する際に電流の逆流を防止するためのものであり、電流通流時の電圧降下は無視できるレベルである。
【００２８】
ＤＣ−ＤＣ変換部３２（４２）の出力電流Ｉｘ及び出力電圧Ｖｘは、レベル変換部６４を介して制御マイコン６１のＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換部６１ａに入力されており、演算処理によって出力電流Ｉｘ及び出力電圧Ｖｘを算出可能である。なお、６１ｂはＤＣ−ＤＣ変換部３２（４２）の半導体スイッチング素子を駆動するためのパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号を生成するＰＷＭ回路、６２は直流電流検出器である。
【００２９】
全てのユニットＰＳＵ０，ＢＢＵ１〜ＢＢＵ７が図２の構成を備えることで、制御マイコン６１は自己の出力電流Ｉｘ及び出力電圧Ｖｘを検出可能である。また、後述するマスタ側の管理マイコン８０から所定のユニットのアドレスを指定して通信すれば、管理マイコン８０は当該ユニットの出力電流Ｉｘ及び出力電圧Ｖｘをモニタすることができる。
【００３０】
図３は、マスタ側の管理マイコン８０から各ユニット（便宜的にユニット０，１とする）のアドレスを指定して出力電流Ｉｘ及び出力電圧Ｖｘをモニタするための構成を示している。なお、これらのユニット０，ユニット１は、電源ユニットＰＳＵ０及びバッテリユニットＢＢＵ１〜ＢＢＵ７のうちの何れかに相当する。
【００３１】
各ユニットＰＳＵ０，ＢＢＵ１〜ＢＢＵ７及び負荷２０の実装構造を例示すると、図４，図５のようになる。図４は正面側の斜視図、図５は背面側の斜視図であり、図５に示すように、背面側には、各ユニットＰＳＵ０，ＢＢＵ１〜ＢＢＵ７の直流出力端子をワイヤードＯＲ接続する背面ボード７０が配置されている。
【００３２】
前述した図３において、例えばユニット０内の制御マイコン６１は、汎用入出力部（ＧＰＩＯ：General Purpose Input/Output）６１ｃ及びシリアル通信部６１ｄを備え、汎用入出力部６１ｃにはプルアップ抵抗６５を介して制御マイコン６１の電源電圧が加えられている。また、汎用入出力部６１ｃは、背面ボード７０内の接地端子ＧＮＤに接続されるか、あるいは未接続（ＮＣ）状態となっている。
更に、シリアル通信部６１ｄは、背面ボード７０を介して管理マイコン８０のシリアル通信部８１に接続されている。
【００３３】
このような構成において、管理マイコン８０が、汎用入出力部６１ｃと背面ボード７０との接続状態をシリアル通信部８１，６１ｄを介して検出することにより、各ユニットのアドレス（図４，図５における実装位置）を認識することが可能である。
例えば、図３のように、汎用入出力部６１ｃが「ＧＮＤ，ＧＮＤ，ＧＮＤ」に接続されたユニット０のアドレスを０番地、同じく「ＮＣ，ＮＣ，ＧＮＤ」に接続されたユニット１（図１のバッテリユニットＢＢＵ１〜ＢＢＵ７の何れかに相当）のアドレスを１番地に割り当てるとする。この場合、管理マイコン８０は、ユニット１が１番地に配置されていることを認識可能であるから、ユニット１のキャリブレーション動作時にその出力電流及び出力電圧をモニタして出力点５０までの配線抵抗を算出し、ユニット１によるバックアップ運転時の適切な出力電圧指令値を求めることができる。
各ユニットのアドレスを認識する方法は上記の方法に何ら限定されるものではなく、他の方法を用いても良いのは言うまでもない。
【００３４】
なお、配線抵抗を算出して補償電圧を求め、出力点５０の電圧Ｖ０に加算してユニット１の出力電圧指令値を演算する処理は、ユニット１内の制御マイコン６１でも実行可能であるから、下記の図６に示すように、ユニット１側で自己の出力電圧指令値を演算しても良い。
【００３５】
図６は、あるバッテリユニットＢＢＵｎ（本実施形態では、ｎ＝１〜７）からキャリブレーション要求があった場合における、各部の処理を示すフローチャートである。
まず、電源ユニットＰＳＵ０の運転中にバッテリユニットＢＢＵｎの制御マイコン６１がキャリブレーション要求を出力すると（ステップＳ１）、これを受信した管理マイコン８０はそのキャリブレーション要求の適否を判定する（Ｓ２）。具体的には、他のバッテリユニットがキャリブレーション動作中であれば、今回発生したキャリブレーション要求を不許可とし、そうでない場合には許可する。ここで、キャリブレーション要求がどのバッテリユニットから出力されたかは、管理マイコン８０が前述のアドレスを認識することで特定可能である。
ここで、キャリブレーション要求は、バッテリユニットのホットスワップ（活線装着）時に自動的に発生させても良い。
【００３６】
管理マイコン８０がキャリブレーション要求を許可した場合、電源ユニットＰＳＵ０に要求があったことを通知し、電源ユニットＰＳＵ０がこれを認識する（Ｓ３）。電源ユニットＰＳＵ０は、自己の出力電流Ｉｐｓｕ０がゼロになると出力電圧Ｖｐｓｕ０を測定できず、結果として負荷２０に過大な電圧が印加されるおそれがあるため、出力電流Ｉｐｓｕ０が閾値以上である場合にキャリブレーションを許可し、管理マイコン８０に通知する（Ｓ４）。
【００３７】
管理マイコン８０は、上記の通知を受けて、バッテリユニットＢＢＵｎにキャリブレーションを許可する旨を通知する（Ｓ５ａ）。バッテリユニットＢＢＵｎは、キャリブレーション許可（Ｓ５ａ）を受けてキャリブレーション動作を開始し、自己の出力電圧指令値を徐々に上昇させる（Ｓ６ａ）。
【００３８】
一方、電源ユニットＰＳＵ０では、出力電流Ｉｐｓｕ０が下限値に到達したらキャリブレーション停止依頼を生成し、停止要求として管理マイコン８０に通知する（Ｓ５ｂ）。管理マイコン８０では、キャリブレーション停止要求（Ｓ５ｂ）を受けて、その旨をバッテリユニットＢＢＵｎに通知する（Ｓ６ｂ）。
【００３９】
バッテリユニットＢＢＵｎは、キャリブレーション停止要求（Ｓ６ｂ）を受けて、出力電圧指令値の上昇を停止し、自己の出力電圧Ｖｂｂｕｎ及び出力電流Ｉｂｂｕｎを測定する。そして、出力電圧指令値を所定のスタンバイ電圧またはゼロまで低下させて完了通知を生成し、管理マイコン８０に送信する（Ｓ７）。なお、バッテリユニットＢＢＵｎは、管理マイコン８０からのキャリブレーション停止要求（Ｓ６ｂ）がなくても、十分な大きさの出力電流が確保された時点で、自律的に管理マイコン８０へ完了通知を送信しても良い。
【００４０】
完了通知を受信した管理マイコン８０は、他のバッテリユニットによるキャリブレーション動作がないことを確認したうえで、新たなキャリブレーション要求を受付可能な状態とする（Ｓ８）。また、今回のキャリブレーション動作が完了したことを電源ユニットＰＳＵ０に通知することにより、電源ユニットＰＳＵ０は今回のキャリブレーション動作の停止を認識する（Ｓ９）。
【００４１】
前述したステップＳ７の処理を実行したバッテリユニットＢＢＵｎは、先に測定した出力電圧Ｖｂｂｕｎ及び出力電流Ｉｂｂｕｎを用いて自己の出力端子から図１の出力点５０までの配線抵抗Ｒを計算し、バックアップ運転時の出力電圧指令値をＶｒｅｆ＋Ｒ×Ｉｂｂｕｎにより演算してメモリに記憶する（Ｓ１０）。ここで、Ｖｒｅｆは負荷２０が要求する出力点５０の電圧であり、図１の配線抵抗Ｒ０を無視できる場合には負荷２０の定格電圧Ｖｏｕｔに等しい。
バッテリユニットＢＢＵｎは、交流電源１０の停電等によってバックアップ運転を行う際に、メモリに記憶された出力電圧指令値に従って運転することにより、電源ユニットＰＳＵ０の運転時と同じ大きさの電圧Ｖｏｕｔを負荷２０に印加することができる。
【００４２】
なお、図６に示した管理マイコン８０の処理は、電源ユニットＰＳＵ０の制御マイコン６１が実行しても良い。また、図６におけるステップＳ１０の処理を管理マイコン８０が行い、演算した出力電圧指令値をバッテリユニットＢＢＵｎに送信して記憶させても良い。
【００４３】
以上のように、この実施形態によれば、バッテリユニットＢＢＵｎによるバックアップ運転時に、電源線の配線抵抗による電圧降下を補償した出力電圧指令値を用いてバッテリユニットＢＢＵｎを運転することができ、出力点５０の電圧を電源ユニットＰＳＵ０による給電時とほぼ同一の値に維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、複数台の直流電源ユニットのうち１台が停電や故障により運転を停止した場合に、他の直流電源ユニットによるバックアップ運転によって負荷に継続的に給電する直流電源装置に利用可能である。更に、本発明は、低電圧かつ大電流出力であって、直流電源ユニットから負荷までの配線抵抗による電圧降下が無視できないほど大きい場合に、特に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
ＰＳＵ０：電源ユニット（主給電用ユニット）
ＢＢＵ１〜ＢＢＵ７：バッテリユニット（バックアップ用ユニット）
１０：交流電源
２０：負荷
２１：マザーボード
３１：ＡＣ−ＤＣ変換部
３２：ＤＣ−ＤＣ変換部
３３：ダイオード
４１：バッテリ
４２：ＤＣ−ＤＣ変換部
４３：ダイオード
５０：出力点
６１：制御マイコン
６１ａ：Ａ／Ｄ変換部
６１ｂ：ＰＷＭ回路
６１ｃ：汎用入出力部
６１ｄ：シリアル通信部
６２：直流電流検出器
６３：逆流防止素子
６４：レベル変換部
６５：プルアップ抵抗
７０：背面ボード
８０：管理マイコン
８１：シリアル通信部
【要約】
配線抵抗による電圧降下を補償するような出力電圧指令値を求めてバックアップ用ユニットを運転することにより、負荷が要求する所定の電圧を高精度に出力可能とした直流電源装置の出力電圧制御方法及び出力電圧制御装置を提供する。
主給電用ユニットとしての電源ユニットＰＳＵ０の運転時の出力電圧と、バックアップ用ユニットとしてのバッテリユニットＢＢＵ７から出力点５０までの配線抵抗による電圧降下と、を加算してバッテリユニットＢＢＵ７の出力電圧指令値を予め演算し、バックアップ運転時に、バッテリユニットＢＢＵ７を前記出力電圧指令値に従って運転した時の出力点５０の電圧を、交流電源の健全時に電源ユニットＰＳＵ０を運転した時の出力点５０の電圧と等しくする。【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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