(57)【要約】【課題】複数のコンバータを並列接続した電源システムにおいて、制御の応答性を高め、且つ動作の安定性も高める。【解決手段】定電圧制御コンバータ２０に電流検出回路１５ａを設け、電流制御コンバータ２１に電流検出回路１５ｂ及び誤差増幅回路１３を設ける。電流制御コンバータ２１は、定電圧制御コンバータ２０の出力電流と自身（電流制御コンバータ２１）の出力電流とが一致するように電流制御する。これにより負荷１４に対して定電圧制御コンバータ２０の設定電圧を供給するとともに、両コンバータの出力電流を均等にする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源電圧をスイッチングするスイッチング部と、スイッチングされた電圧を平滑して直流電圧を出力する平滑部と、をそれぞれ備えた複数のコンバータを設け、それら複数のコンバータにより同一負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記複数のコンバータのうち一つは、出力電圧を検出するとともに該出力電圧を設定電圧に保つ定電圧制御回路を備えた定電圧制御コンバータであり、前記複数のコンバータのうち他のコンバータは、自身の出力電流が前記定電圧制御コンバータの出力電流と同一になるように制御する電流制御回路を備えた電流制御コンバータである電源システム。
【請求項２】
前記定電圧制御コンバータおよび前記電流制御コンバータは、それらの出力電流ラインに設けた電流検出用抵抗の降下電圧を増幅して前記出力電流に比例した電圧信号を発生する電流検出回路をそれぞれ備え、
前記電流制御回路は、当該電流制御回路と共に前記電流制御コンバータに備える電流検出回路の出力電圧と前記定電圧制御コンバータの電流検出回路の出力電圧との差で前記スイッチング部への帰還信号を直接制御する請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記電流制御コンバータは、出力電圧を検出するとともに、当該出力電圧が前記定電圧制御コンバータの前記設定電圧よりも高い所定電圧を超えないように出力電圧を制限する出力電圧制限回路を備えた請求項１または２に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は複数のコンバータを並列接続して１つの負荷に電力を供給する電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置の信頼性を向上させること等を目的とし、複数のコンバータ（スイッチング電源）を並列接続して重畳構成をとった電源システムが用いられている。
【０００３】
複数のコンバータを並列接続すると、出力電圧が僅かでも高い方のコンバータの出力電流が大きくなるため、コンバータごとの出力電力にばらつきが生じる。そのため、複数のコンバータを並列接続した電源システムでは、各コンバータの出力電流を揃えるための構成が必要となる。
【０００４】
各コンバータの出力電流を揃えるために容易に考えられる構成は図１に示すようなものである。図１において第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００は入力ＤＣ電源をそれぞれＤＣ−ＤＣ変換し、シャントレギュレータＳＲａはＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力電圧と基準電圧との差に応じてフォトカプラＰＣａの通電電流量を制御する。このフォトカプラＰＣａはコンバータの主回路１２１の１次側のスイッチング部へフィードバックを行う。このような構成により、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は出力電圧が安定な定電圧コンバータとして作用する。第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０１の構成は第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００の構成と同様である。但し、シャントレギュレータＳＲｂに対して並列に（バイパスするように）トランジスタＱ３を接続している。
【０００５】
この例は第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０１が自身の出力電流を第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力電流に合わせる例である。増幅回路１２ａ，１２ｂは電流検出用の抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１ｂによる降下電圧を増幅し、誤差増幅回路１３は増幅回路１２ａ，１２ｂの出力電圧の差を増幅し、トランジスタＱ３を介してフォトカプラＰＣｂの制御を行う。
【０００６】
図１において、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０１の出力電流の方が大きい場合、誤差増幅回路１３の出力が増え、トランジスタＱ３のコレクタ電流が増し、フォトカプラＰＣｂの発光量が増え、主回路１３１は出力を絞る（電圧を下げる）方向にフィードバックが掛かる。一方、第２のコンバータ１０１の出力電流の方が小さい場合、誤差増幅回路１３の出力が減り、トランジスタＱ３のコレクタ電流が減少し、フォトカプラＰＣｂの発光量が減り、主回路１３１は出力を増す（電圧を上げる）方向にフィードバックが掛かる。しかしながら第２のコンバータ１０１の出力電流が小さくなり過ぎてトランジスタＱ３がオフしてしまうと、その後は定電圧制御部分が動作するために、設定電圧以上には電圧を上げることはできない。そのためこのような片手落ちになるような制御を行う回路を採用することは現実的ではない。
【０００７】
そこで例えば特許文献１には、複数の定電圧制御のコンバータを用い、そのうちの基準とする１つのコンバータの出力電流に他のコンバータの出力電流が一致するように、他のコンバータの定電圧制御の基準電圧を、基準とするコンバータの出力電流との差に応じて変えるように構成されている。このような構成であれば他のコンバータの出力電流が変化し、その出力電流が、基準とするコンバータの出力電流に揃うことになる。
【０００８】
ここで特許文献１に示されている電源システムの構成を、図２を用いて説明する。
図２においてＤＣ−ＤＣコンバータ１０２，１０３を並列接続した接続点に電流検出用の抵抗１１１，１１２を挿入し、この抵抗１１１，１１２の両端電圧の差電圧を入力して増幅する差電圧増幅器１１３を備え、この差電圧増幅器１１３の出力電圧をレベルシフト回路１１４でレベルシフトし、それを基準電圧として、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の出力電圧の検出値との差を誤差増幅器１２３で増幅し、制御回路１２２を介して主回路１２１へフィードバックするように構成している。
【０００９】
このような構成であるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、その出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの差を誤差増幅器１３３で検出し、制御回路１３２を介して主回路１３１へフィードバックすることによって一定電圧を出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２は、その出力電圧とレベルシフト回路１１４の出力電圧との差を誤差増幅器１２３で検出し、制御回路１２２を介して主回路１２１へフィードバックすることによって、一定電圧を出力するとともに、出力電流がコンバータ１０３の出力電流に揃うようになる。
【００１０】
また、特許文献２には、複数の定電圧制御のコンバータを並列接続し、各コンバータの出力電流の平均値を検出し、各コンバータの出力電流がその平均値になるように制御する構成が示されている。
【特許文献１】特開平１１−１８４１５号公報
【特許文献２】特開平８−１１５１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、特許文献１，２のいずれにおいても、出力電流の値に応じてフィードバック量を変えるものであるが、そのフィードバックの経路は、出力電流の検出  →  電流比較  →  誤差増幅器に対する基準電圧の変動  →  電圧制御となる。すなわちコンバータ間の電流バランスが崩れた場合、電圧フィードバックの経路を通じてコンバータの１次側が制御されることになる。このように一旦電圧フィードバックの経路を通るため、制御の遅れが発生する、また動作の安定性が低いという問題があった。
【００１２】
そこでこの発明の目的は、上述の問題を解消して制御の応答性が高く、且つ動作の安定性も高い、複数のコンバータを備えた電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、入力電源電圧をスイッチングするスイッチング部と、スイッチングされた電圧を平滑して直流電圧を出力する平滑部と、をそれぞれ備えた複数のコンバータを設け、それら複数のコンバータにより同一負荷に電力を供給する電源システムであり、複数のコンバータのうち一つは、出力電圧を検出するとともに該出力電圧を設定電圧に保つ定電圧制御回路を備えた定電圧制御コンバータとし、他のコンバータは、自身の出力電流が前記定電圧制御コンバータの出力電流と同一になるように制御する電流制御回路を備えた電流制御コンバータとしたことを特徴としている。
【００１４】
また、前記定電圧制御コンバータおよび前記電流制御コンバータは、それらの出力電流ラインに設けた電流検出用抵抗の降下電圧を増幅して前記出力電流に比例した電圧信号を発生する電流検出回路をそれぞれ備え、
前記電流制御回路は、当該電流制御回路と共に前記電流制御コンバータに備える電流検出回路の出力電圧と前記定電圧制御コンバータの電流検出回路の出力電圧との差で前記スイッチング部への帰還信号を直接制御する回路とする。
【００１５】
さらに、前記電流制御コンバータは、出力電圧を検出するとともにその出力電圧が定電圧制御コンバータの設定電圧よりも高い所定電圧を超えないように出力電圧を制限する出力電圧制限回路を備えたものとする。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の電源システムでは、電流制御コンバータの出力電流が定電圧制御コンバータの出力電流に一致し、両コンバータの電力バランスをとることができる。電流制御コンバータの出力電圧は定電圧制御コンバータの負荷と同じ負荷に同じ大きさの電流を流すことになるので必然的に定電圧制御コンバータの出力電圧に一致する。そのため、電流制御コンバータは電流制御を行いながらも定電圧のコンバータとして作用する。
【００１７】
この発明によれば、コンバータ間の電流バランスが崩れた場合に電圧フィードバックの経路を通じてコンバータの１次側が制御されるのではなく、直接電流制御がなされるように制御されるので、高い応答性が得られる。
【００１８】
また、電流制御コンバータの出力電圧は定電圧制御コンバータの設定電圧よりも高い所定電圧を超えないように制限することによって、負荷急変時に出力電圧が異常に高くなるという現象も回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
《第１の実施形態》
図３は第１の実施形態に係る電源システムのブロック図、図４はその具体的な回路図である。
図３に示すように、この電源システムは、定電圧制御コンバータ２０と電流制御コンバータ２１とを並列接続したものである。すなわち定電圧制御コンバータ２０と電流制御コンバータ２１の入力同士を並列に接続し、出力同士を並列接続して、入力部ＩＮから入力電源を入力して、負荷１４に一定電圧を供給するように構成している。なお、コンデンサＣｏは出力部に設けた出力電圧平滑用のコンデンサである。
【００２０】
定電圧制御コンバータ２０はコンバータ回路１０ａと電流検出回路１５ａを備えている。また、電流制御コンバータ２１は、コンバータ回路１０ｂ、電流検出回路１５ｂ、及び誤差増幅回路１３を備えている。
【００２１】
定電圧制御コンバータ２０のコンバータ回路１０ａは入力端子ＩＮから直流電源電圧を入力し、所定電圧の直流電圧に変換して出力する。このコンバータ回路１０ａには出力電圧を検出するとともに、その出力電圧が設定電圧に保たれるようにフィードバック制御する定電圧制御回路を備えている。電流検出回路１５ａは出力電流ラインに設けた電流検出用抵抗Ｒ１ａとその両端電圧を増幅する増幅回路１２ａとで構成している。
【００２２】
電流制御コンバータ２１内の電流検出回路１５ｂは出力電流ラインに設けた電流検出用抵抗Ｒ１ｂとその両端電圧を増幅する増幅回路１２ｂとで構成している。誤差増幅回路１３は定電圧制御コンバータ２０の電流検出回路１５ａの出力電圧と自身（電流制御コンバータ２１）の電流検出回路１５ｂの出力電圧との差の電圧を増幅し、その誤差電圧をコンバータ回路１０ｂへ与える。このコンバータ回路１０ｂは誤差増幅回路１３の二つの入力電圧の電位差が０に近づくように出力電流をフィードバック制御する電流制御回路を備えている。
【００２３】
このような構成であるので、負荷１４に対しては定電圧制御コンバータ２０の設定電圧が供給されるとともに、定電圧制御コンバータ２０の出力電流と電流制御コンバータ２１の出力電流とが一致するように動作する。したがって電流制御コンバータ２１も必然的に上記設定電圧を出力することになる。
【００２４】
図３のコンバータ回路１０ａは、図４に示すように、コンバータ主回路１１ａ、定電圧制御回路１６及び平滑コンデンサＣ１ａを備えている。定電圧制御回路１６は、出力電圧検出用の、抵抗Ｒ２，Ｒ３からなる抵抗分圧回路と、その出力分圧電圧の基準電圧Ｖｒ１に対する誤差増幅を行うオペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ４，Ｒ５ａ、トランジスタＱ１ａ、およびフォトカプラＰＣａの発光ダイオードからなるフォトカプラ駆動回路を備えている。
【００２５】
フォトカプラＰＣａの受光部側はコンバータ主回路１１ａ内の１次側に設けていて、このコンバータ主回路１１ａの１次側回路は、フォトカプラＰＣａの受光部側の受光量が増すほどコンバータの出力電圧を低下させる方向に制御する。
【００２６】
ここで、出力電圧が上昇する場合を考えると、出力電圧が上昇するほどトランジスタＱ１ａのベース電流が増大し、したがってコレクタ電流も増大してフォトカプラＰＣａによるコンバータ主回路１１ａの１次側回路へのフィードバック量が増大して出力電圧が下降方向に作用する。出力電圧が下降した場合は逆に作用してフォトカプラＰＣａを介するコンバータ主回路１１ａの１次側回路へのフィードバック量が減少し、出力電圧が上昇方向に作用する。このようにして、基準電圧Ｖｒ１に応じた設定電圧が出力されることになる。
【００２７】
電流検出回路内の増幅回路１２ａは抵抗Ｒ６ａ，Ｒ７ａ，Ｒ８ａ，Ｒ９及びオペアンプＯＰ２ａで構成している。電流制御コンバータ２１側の電流検出回路内の増幅回路１２ｂについても同様に抵抗Ｒ６ｂ，Ｒ７ｂ，Ｒ８ｂ，Ｒ９ｂ及びオペアンプＯＰ２ｂで構成している。誤差増幅回路１３は抵抗Ｒ１０，Ｒ１１、コンデンサＣ２及びオペアンプＯＰ３で構成している。
【００２８】
電流制御コンバータ２１内の電流制御回路１７は、誤差増幅回路１３の出力電圧を分圧する抵抗Ｒ１２，Ｒ１３からなる抵抗分圧回路、抵抗Ｒ５ｂ、トランジスタＱ１ｂ及びフォトカプラＰＣｂの発光ダイオードからなるフォトカプラ駆動回路を備えている。
【００２９】
フォトカプラＰＣｂの受光部側はコンバータ主回路１１ｂ内の１次側に設けていて、このコンバータ主回路１１ｂの１次側回路は、フォトカプラＰＣｂの受光量が増すほどコンバータの出力電圧を低下させる方向に制御する。
【００３０】
電流制御コンバータ２１の出力電流が定電圧制御コンバータ２０の出力電流よりも大きくなると、誤差増幅回路１３の出力電圧は上昇するので、上記フィードバックは負帰還制御となって出力電流が安定化する。すなわち二つのコンバータの出力電流は同一に制御される。
【００３１】
図４に示した回路構成により、誤差増幅回路１３の出力電圧で電流制御回路１７内のフォトカプラ駆動回路を直接制御することになる。すなわち、電流制御コンバータ２１に備える電流検出回路の誤差増幅回路１２ｂの出力電圧と、定電圧制御コンバータ２０の電流検出回路の誤差増幅回路１２ａの出力電圧との差でコンバータ主回路１１ｂのスイッチング部への帰還信号を直接制御することになる。
【００３２】
このようにスイッチング部への帰還信号を直接制御することによって、特許文献１，２のようにスイッチング部への帰還信号が、出力電流の検出  →  電流比較  →  誤差増幅器に対する基準電圧の変動  →  電圧制御というようなフィードバック経路をとる間接制御である場合に比べて高い応答性が得られる。
【００３３】
なお、コンバータ主回路１１ａと１１ｂの回路構成は、一般的には同一であるが、違う特性を有するコンバータを用いても出力電流は同一となる。
【００３４】
《第２の実施形態》
第２の実施形態に係る電源システムの構成を図５に示す。
第１の実施形態では１つの定電圧制御コンバータ２０と１つの電流制御コンバータ２１とを備えて合計２つのコンバータで構成したが、第２の実施形態は３つ以上のコンバータを備える場合の例である。図５においてこの電源システムは定電圧制御コンバータ２０と複数の電流制御コンバータ２１ｂ〜２１ｎを備えている。定電圧制御コンバータ２０及び電流制御コンバータ２１ｂ〜２１ｎの構成は第１の実施形態で示したものと同様である。
【００３５】
各電流制御コンバータ２１ｂ〜２１ｎは、定電圧制御コンバータ２０の電流検出回路１５ａの出力電圧と自身（電流制御コンバータ２１ｂ〜２１ｎ）の電流検出回路１５ｂ〜１５ｎの出力電圧との差が小さくなる方向に出力電圧を制御する。
【００３６】
このような構成により。定電圧制御コンバータ２０の定電圧作用によって負荷１４に対する出力電圧は設定電圧に保たれ、各電流制御コンバータ２１ｂ〜２１ｎは定電圧制御コンバータ２０の出力電流と等しくなるように電流制御を行うので、結局全てのコンバータの出力電流が揃って電力バランスがとれることになる。
【００３７】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係る電源システムの構成を、図６を参照して説明する。
電源システム全体の構成は図３に示したものと同様である。図６は第３の実施形態における電流制御コンバータ２１内のコンバータ回路１０ｂの回路図である。
【００３８】
図６において電流制御回路１７は、誤差増幅回路１３の出力電圧を分圧する抵抗Ｒ１２，Ｒ１３からなる抵抗分圧回路、抵抗Ｒ５ｂ、トランジスタＱ１ｂ及びフォトカプラＰＣｂの発光ダイオードからなるフォトカプラ駆動回路を備えている。
【００３９】
このコンバータ回路１０ｂにはさらに出力電圧制限回路１８を設けている。出力電圧制限回路１８は、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１４、基準電圧Ｖｒ２発生回路、オペアンプＯＰ４及びトランジスタＱ２を備えている。
【００４０】
フォトカプラＰＣｂの受光部側はコンバータ主回路１１ｂ内の１次側に設けていて、このコンバータ主回路１１ｂの１次側回路は、フォトカプラＰＣｂの受光量が増すほどコンバータ回路１０ｂの出力電圧を低下させる方向に制御する。
【００４１】
ここで、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６による抵抗分圧電圧が基準電圧Ｖｒ２を超えない状態を考えると、オペアンプＯＰ４の出力電圧がローレベルとなって、トランジスタＱ２はオフ状態となる。すなわち、出力電圧制限回路１８による出力電圧の制限作用はない。
【００４２】
もし、コンバータ回路１０ｂの出力電圧が上昇して抵抗Ｒ１５，Ｒ１６による抵抗分圧電圧が基準電圧Ｖｒ２を超えるとオペアンプＯＰ４の出力電圧が正方向に上昇し、トランジスタＱ２のコレクタ電流が増大する。このことにより、フォトカプラＰＣｂによるコンバータ主回路１１ｂの１次側へのフィードバック量が増大する。そのためコンバータ回路１０ｂの出力電圧の上昇が抑制される。
【００４３】
このように抵抗Ｒ１５，Ｒ１６による抵抗分圧電圧が基準電圧Ｖｒ２を超える状態になると出力電圧の上昇が制限される。この出力電圧制限回路１８の上限電圧は定電圧制御コンバータ２０の設定電圧よりも高い所定電圧に設定されている。そのため負荷の急変時等にこのコンバータ回路１０ｂの出力電圧が上昇するような場合でも、その上限が定電圧制御コンバータ２０の設定電圧を極端に超えることはないので、結局負荷１４ａには安定した設定電圧が供給されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術による電源システムの構成例を示す図である。
【図２】特許文献１に示されている電源システムの構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る電源システムのブロック図である。
【図４】同電源システムの回路図である。
【図５】第２の実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る電源システムで用いる電流制御コンバータの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０−コンバータ回路
１１−コンバータ主回路
１２−増幅回路
１３−誤差増幅回路
１４−負荷
１５−電流検出回路
１６−定電圧制御回路
１７−電流制御回路
１８−出力電圧制限回路
２０−定電圧制御コンバータ
２１−電流制御コンバータ
【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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