(57)【要約】【課題】並列接続した双方の電源装置の出力電流が均等になるように制御する二重化電源装置を実現する。【解決手段】電源装置を並列接続して負荷に電力を供給する二重化電源装置に関する。出力段に配置された電流の逆流防止手段と、出力電圧をデジタル値に変換して出力電圧値とする第１のＡＤ変換手段と、出力電圧に相当するデジタル値を出力電圧基準値として設定する電圧基準値設定手段と、出力電圧値と出力電圧基準値の差分が小さくなるようにスイッチ素子を制御する制御手段と、出力電流を電圧値に変換して検出する電流検出手段と、電流検出手段で検出した電圧値をデジタル値に変換して出力電流値とする第２のＡＤ変換手段と、出力電流値を電源装置間で送受信するデータ送受信手段と、電源装置間の差分出力電流値に応じて出力電圧基準値を調整する電圧基準値調整手段とを各電源装置に設けた。【選択図】図１
2008187850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧を検出し、該検出電圧に基づいてスイッチ素子をフィードバック制御する電源装置を並列接続して負荷に電力を供給する二重化電源装置において、
出力段に配置され電流の逆流を防止する逆流防止手段と、
出力電圧をデジタル値に変換して出力電圧値とする第１のＡＤ変換手段と、
出力電圧に相当するデジタル値を出力電圧基準値として設定する電圧基準値設定手段と、
前記第１のＡＤ変換手段による出力電圧値と前記電圧基準値設定手段による出力電圧基準値の差分が小さくなるように前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御手段と、
出力電流を電圧値に変換して検出する電流検出手段と、
該電流検出手段で検出した電圧値をデジタル値に変換して出力電流値とする第２のＡＤ変換手段と、
前記第２のＡＤ変換手段による出力電流値を電源装置間で送受信するデータ送受信手段と、
前記第２のＡＤ変換手段による出力電流値と前記データ送受信手段により受信した出力電流値との差分出力電流値に応じて前記電圧基準値設定手段による出力電圧基準値を調整する電圧基準値調整手段と、
を各電源装置に備えることを特徴とする二重化電源装置。
【請求項２】
前記電圧基準値調整手段は、前記差分出力電流値から換算テーブルに従って前記電圧基準値設定手段による出力電圧基準値を調整することを特徴とする請求項１記載の二重化電源装置。
【請求項３】
前記データ送受信手段により前記第２のＡＤ変換手段による出力電流値を他方の電源装置に送信するか他方の電源装置から受信するかの動作モードを設定する動作モード設定手段を備え、該動作モード設定手段が受信モードである電源装置は、送信モードである電源装置の出力電圧に追従するように調整されることを特徴とする請求項１又は２記載の二重化電源装置。
【請求項４】
前記動作モード設定手段が受信モードである電源装置の前記データ送受信手段は、受信データがない場合は他方の電源装置が実装されていないと判断し、前記電圧基準値調整手段による調整を行わないことを特徴とする請求項３記載の二重化電源装置。
【請求項５】
前記第２のＡＤ変換手段による出力電流値及び前記差分出力電流値が規定値の範囲内にあるかを診断する診断手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の二重化電源装置。
【請求項６】
前記診断手段は、前記差分出力電流値が規定値の範囲外になった場合に両電源装置をシャットダウンすることを特徴とする請求項５記載の二重化電源装置。
【請求項７】
前記第１及び第２のＡＤ変換手段は同一ＡＤ変換器からなり、入力先をスイッチで切り替え、出力先をそれに応じて指定する構成とすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の二重化電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置を並列に接続して負荷に電力を供給する二重化電源装置に関し、特に双方の電源装置の出力電流が均等になるように制御する二重化電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源装置を並列接続して使用する場合としては、冗長化と出力容量加算がある。冗長化の場合、例えば４０Ｗの電源装置を並列接続して出力容量を４０Ｗとし、一方の電源装置の故障時にも必要な電力の供給を可能とするとともに自由なメンテナンスを可能とする。出力容量加算の場合、例えば４０Ｗの電源装置を並列接続して出力容量を４０Ｗ＋４０Ｗ＝８０Ｗとし、両電源装置の出力容量を加算することで一つの電源装置では供給することができない電力を供給可能とする。
【０００３】
図２は従来の二重化電源装置の構成図である。
電源装置１ａ，１ｂを並列接続して負荷４０に電力を供給している状態を示している。
逆流防止手段１１ａ，１１ｂとしてダイオードを用いており、この突合せダイオードを介して電源装置１ａ，１ｂを並列接続している。逆流防止手段１１ａ，１１ｂにより他方の電源装置の電流が流れ込んでくることを防止している。逆流防止手段１１ａ，１１ｂはダイオードの他に、電流の流れを制御するスイッチ等でもよく、例えばＦＥＴを用いることによりダイオードに比べ逆流防止手段１１ａ，１１ｂとしての損失を小さくすることができる。
【０００４】
電源装置１ａ，１ｂは同一構成の電源装置であり、電源装置１ａの構成について説明する。
逆流防止手段（ダイオード）１１ａのアノード側の電圧であるアナログ値を第１のＡＤ変換手段１２ａでデジタル値に変換して出力電圧値とする。この出力電圧値の最新値は定周期でレジスタ２１ａに格納される。
【０００５】
電源装置１ａとして出力すべき出力電圧に相当するデジタル値を出力電圧基準値として電圧基準値設定手段２２ａに設定する。電圧基準値設定手段２２ａに固定値として格納されている出力電圧基準値を読み出し、一時格納し書き換え可能なレジスタ２３ａに格納する。
制御手段２４ａは、レジスタ２１ａに格納されている出力電圧値とレジスタ２３ａに格納されている出力電圧基準値の差分がゼロになるように電力部３０ａのスイッチ素子３１ａのオンオフを制御する。
【０００６】
電力部３０ａとして例えば絶縁型スイッチング電源方式の場合、トランスの一次側に印加される直流電圧をスイッチ素子３１ａでオンオフし、トランスの二次側に誘起された電圧を整流ダイオード及び平滑コンデンサにより整流平滑する。出力電圧は、入力電圧とスイッチ素子３１ａのオンオフ時間の割合（デューティー比、デューティーサイクル）で決まり、出力電圧の安定は出力電圧を監視しスイッチング時のデューティーを制御することにより行う。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２１９７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電源装置を並列接続して使用する場合、両電源装置の出力電圧が一致するように調整して使用するが、環境温度や内部発熱、負荷条件等により両電源装置の出力電圧にばらつきが生じてしまう。
【０００９】
冗長化を目的として電源装置を並列接続して使用する場合、出力電圧が高い電源装置の方が出力電流の供給が多くなり、両電源装置の発熱が均一とならない。また、出力電圧が高い電源装置の方が故障した場合、無負荷状態で待機していた電源装置の方は瞬間的に全負荷を供給する必要が生じ、その瞬間の電圧変動が大きくなり、最悪の場合は電源装置の出力仕様を外れてしまうことがある。
【００１０】
出力容量加算を目的として電源装置を並列接続して使用する場合、両電源装置の出力電圧が一致していないと出力に偏りが生じるため、出力電圧が高い電源装置の許容出力容量をオーバーしてしまい、出力容量加算として使用することができないという問題点があった。
【００１１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、並列接続した双方の電源装置の出力電流が均等になるように制御する二重化電源装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
（１）出力電圧を検出し、該検出電圧に基づいてスイッチ素子をフィードバック制御する電源装置を並列接続して負荷に電力を供給する二重化電源装置において、
出力段に配置され電流の逆流を防止する逆流防止手段と、
出力電圧をデジタル値に変換して出力電圧値とする第１のＡＤ変換手段と、
出力電圧に相当するデジタル値を出力電圧基準値として設定する電圧基準値設定手段と、
前記第１のＡＤ変換手段による出力電圧値と前記電圧基準値設定手段による出力電圧基準値の差分が小さくなるように前記スイッチ素子のオンオフを制御する制御手段と、
出力電流を電圧値に変換して検出する電流検出手段と、
該電流検出手段で検出した電圧値をデジタル値に変換して出力電流値とする第２のＡＤ変換手段と、
前記第２のＡＤ変換手段による出力電流値を電源装置間で送受信するデータ送受信手段と、
前記第２のＡＤ変換手段による出力電流値と前記データ送受信手段により受信した出力電流値との差分出力電流値に応じて前記電圧基準値設定手段による出力電圧基準値を調整する電圧基準値調整手段と、
を各電源装置に備えることを特徴とする二重化電源装置。
【００１３】
（２）前記電圧基準値調整手段は、前記差分出力電流値から換算テーブルに従って前記電圧基準値設定手段による出力電圧基準値を調整することを特徴とする（１）記載の二重化電源装置。
【００１４】
（３）前記データ送受信手段により前記第２のＡＤ変換手段による出力電流値を他方の電源装置に送信するか他方の電源装置から受信するかの動作モードを設定する動作モード設定手段を備え、該動作モード設定手段が受信モードである電源装置は、送信モードである電源装置の出力電圧に追従するように調整されることを特徴とする（１）又は（２）記載の二重化電源装置。
【００１５】
（４）前記動作モード設定手段が受信モードである電源装置の前記データ送受信手段は、受信データがない場合は他方の電源装置が実装されていないと判断し、前記電圧基準値調整手段による調整を行わないことを特徴とする（３）記載の二重化電源装置。
【００１６】
（５）前記第２のＡＤ変換手段による出力電流値及び前記差分出力電流値が規定値の範囲内にあるかを診断する診断手段を備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の二重化電源装置。
【００１７】
（６）前記診断手段は、前記差分出力電流値が規定値の範囲外になった場合に両電源装置をシャットダウンすることを特徴とする（５）記載の二重化電源装置。
【００１８】
（７）前記第１及び第２のＡＤ変換手段は同一ＡＤ変換器からなり、入力先をスイッチで切り替え、出力先をそれに応じて指定する構成とすることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の二重化電源装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば次のような効果がある。
出力電圧及び出力電流をデジタル値に変換し、両電源装置の出力電流の差分に応じた調整値で、一方の電源装置の出力電圧を他方の電源装置の出力電圧に追従するようにデジタル制御することにより、両電源装置の出力電流を均等化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。前出の図と同一のものは同一符号を付け、従来技術と同じ部分は説明を省略する。
電源装置１ａの出力電圧を電源装置１ｂの出力電圧に追従させて調整する動作を説明する。
電源装置１ａ，１ｂの出力電流は電流検出手段５１ａ，５１ｂで検出し、出力電流を電圧値に変換する。電流検出手段５１ａ，５１ｂは一般には電流検出抵抗が用いられる。
電流検出手段５１ａ，５１ｂで検出した電圧であるアナログ値を第２のＡＤ変換手段５２ａ，５２ｂでデジタル値に変換して出力電流値とする。この出力電流値の最新値は定周期でレジスタ６１ａ，６１ｂにそれぞれ格納される。
【００２１】
データ送受信手段６２ａ，６２ｂは、並列接続されている他方の電源装置との間で出力電流値をお互いに送受信することができ、出力電流値を他方の電源装置に送信するか他方の電源装置から受信するかの動作モードは動作モード設定手段６３ａ，６３ｂによって設定される。例えば動作モード設定手段６３ａ，６３ｂの設定値が“０”の場合は送信モード、設定値が“１”の場合は受信モードというように、設定値によって区別することができる。
【００２２】
電源装置１ａの動作モード設定手段６３ａは受信モード、電源装置１ｂの動作モード設定手段６３ｂは送信モードに設定されている場合、データ送受信手段６２ａはデータ送受信手段６２ｂから電源装置１ｂの電流検出手段５１ｂで検出し第２のＡＤ変換手段５２ｂでデジタル値に変換した出力電流値を定周期で受信し、最新値をレジスタ６４ａに格納する。これにより電源装置１ａは両電源装置１ａ，１ｂの出力電流値を取得することができる。
【００２３】
電圧基準値調整手段６５ａはレジスタ６１ａ及び６４ａからそれぞれ自己の電源装置１ａの出力電流値と他方の電源装置１ｂの出力電流値を受け取り、その差分出力電流値に応じて自己の電源装置１ａの出力電圧を調整するオフセット量（調整値）を算出する。その後、電圧基準値設定手段２２ａに格納されている出力電圧基準値に電圧基準値調整手段６５ａで算出した調整値を加算した値を調整された出力電圧基準値としてレジスタ２３ａに格納する。
ここで、電圧基準値調整手段６５ａによる調整値の算出方法としては、差分出力電流値と調整値との換算テーブルに従って調整値を読み出す方法や、一定の換算式に従って差分出力電流値から調整値を算出する方法等が考えられる。
【００２４】
制御手段２４ａはレジスタ２１ａの出力電圧値とレジスタ２３ａに格納されている調整された出力電圧基準値の差分がゼロになるように電力部３０ａのスイッチ素子３１ａのオンオフを制御する。
これにより動作モード設定手段が受信モードである電源装置１ａは、送信モードである電源装置１ｂの出力電圧に追従するように調整され、電源装置１ａと１ｂの出力電流を均等化することができる。電源装置１ａ，１ｂの出力電流が均等化されることにより、両電源装置１ａ，１ｂの発熱が均一となり電源装置の寿命も均一化することができる。また、出力容量加算を目的としても使用することが可能となる。
【００２５】
並列接続されている電源装置１ａ，１ｂのうち、受信モードである電源装置１ａが取り外された場合、均等負担していた出力電流は送信モードである電源装置１ｂが全て負担して電源装置１ｂはそのまま動作し続ける。
逆に、並列接続されている電源装置１ａ，１ｂのうち、送信モードである電源装置１ｂがとりはずされた場合、受信モードである電源装置１ａのデータ送受信手段６２ａは、受信データがない場合は送信モードである電源装置１ｂが実装されていないと判断する。この際、電源装置１ａは電圧基準値調整手段６５ａによる調整を行わず、自己の電圧基準値設定手段２２ａの出力電圧基準値での制御に切り替わり、均等負担していた出力電流は受信モードである電源装置１ａが全て負担して電源装置１ａはそのまま動作し続ける。
【００２６】
電源装置１ａ，１ｂは出力電流値が正常であるかどうかを診断する診断手段６６ａ，６６ｂを備えている。診断手段６６ａ，６６ｂはレジスタ６１ａ，６１ｂから取り込んだ出力電流値が規定の範囲内にあるか監視し、自己の電源装置１ａ，１ｂに対して適切な処理を施す。例えば、出力電流値が規定値以上になった場合に出力電圧が小さくなるように電圧基準値調整手段６５ａ，６５ｂの調整値を変更させて、過電流保護をかけることができる。
【００２７】
また、診断手段６６ａ，６６ｂは両電源装置１ａ，１ｂの差分出力電流値が規定の範囲内にあるか監視し、他方の電源装置１ｂ，１ａに対しても適切な処理を施す。例えば、電源装置１ａにおいて、レジスタ６１ａに格納されている自己の電源装置１ａの出力電流値と、レジスタ６４ａに格納されている他方の電源装置１ｂの出力電流値との差分である差分出力電流値が規定の範囲外になった場合に、両電源装置をシャットダウンするように動作させることもできる。他の例として、電源装置１ａが受信モードである場合、受信モードの診断手段６６ａが自己の電源装置１ａの出力電流値及び両電源装置１ａ，１ｂの差分出力電流値を監視し、これらの関係に基づいて受信モードの診断手段６６ａの信号に基づいて電源装置１ａ，１ｂをそれぞれ別々に、又は同時に制御するようにすることもできる。
【００２８】
図１で示した電源装置１ａ，１ｂはデジタル制御の電源装置であるので、デジタル値を扱う部分は、ＭＰＵ(Micro Processing Unit)の機能として構成することができる。ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＧＡ（Gate Array）であってもよい。
また、ＡＤ変換器を内蔵したＭＰＵを使用することにより高価なＡＤ変換器の削減による低コスト化、高密度実装化や、ＭＰＵとＡＤ変換器間の通信がなくなることによる処理の高速化を図ることができる。
【００２９】
本実施例では、第１及び第２のＡＤ変換手段をそれぞれ別のＡＤ変換器である場合について説明したが、第１及び第２のＡＤ変換手段を同一ＡＤ変換器とし、入力先をマルチプレクサ等のアナログスイッチで切り替え、データの格納先をそれに応じて指定する構成としてもよい。
また、電源装置の方式としては、スイッチング電源に限らず、出力に基づいてフィードバック制御する電源装置であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】従来の二重化電源装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１ａ，１１ｂ  逆流防止手段
１２ａ，１２ｂ  第１のＡＤ変換手段
２２ａ，２２ｂ  電圧基準値設定手段
２４ａ，２４ｂ  制御手段
３１ａ，３１ｂ  スイッチ素子
４０  負荷
５１ａ，５１ｂ  電流検出手段
５２ａ，５２ｂ  第２のＡＤ変換手段
６２ａ，６２ｂ  データ送受信手段
６３ａ，６３ｂ  動作モード設定手段
６５ａ，６５ｂ  電圧基準値調整手段
６６ａ，６６ｂ  診断手段
【図１】
2008187850.tif 000003
【図２】
2008187850.tif 000004