(57)【要約】【課題】複数のコンバータを並列運転して負荷に安定化直流電圧を供給するスイッチング電源装置に関し、複数のコンバータの出力電流を、比較的簡単な構成によりバランスさせる。【解決手段】パルス幅制御により安定化直流電圧を出力するコンバータ１，２の入力端子にそれぞれ相互に磁気的に結合させたコイルを接続し、そのコイルの巻数比を並列接続のコンバータ１，２の入力電流比（Ｉ１１：Ｉ２１）に逆比例した値（ｎ２：ｎ１）としたコモンモードチョークコイル５を設け、コンバータ１，２の出力端子を並列に接続して、負荷に安定化直流電圧を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンバータを並列運転して負荷に安定化直流電圧を供給するスイッチング電源装置に於いて、
並列接続するコンバータの入力端子にそれぞれ相互に磁気的に結合させたコイルを接続し、該コイルの巻数比を並列接続の前記コンバータの入力電流比に逆比例した値としたコモンモードチョークコイルを設けた
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
複数のコモンモードチョークコイルを階層的に順次接続し、最上位層のコモンモードチョークコイルに入力電圧を印加し、最下位層のコモンモードチョークコイルにそれぞれコンバータの入力端子を接続し、前記複数のコモンモードチョークコイルのそれぞれ磁気的に結合させたコイルの巻数比を、該コイルに流れる電流の比に逆比例した値とした構成を有することを特徴とする請求項１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、複数のコンバータを並列運転して、比較的電力消費量の大きい負荷に安定化した直流電圧を供給するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路等の各種の負荷に対して、安定化直流電圧を印加する電源装置として、スイッチング電源装置が一般に使用されている。このようなスイッチング電源装置は、トランジスタ等によるスイッチング素子の電流容量の制約等により、電力消費量が比較的大きい負荷に対して、安定化直流電圧を印加する場合、並列運転する構成が適用されている。図５は、従来例のスイッチング電源装置の説明図であり、５１，５２はスイッチング素子を含むコンバータ、５３は比較演算部、５４はパルス幅制御演算部、Ｚ１，Ｚ２は接続線のインピーダンス、Ｖｉｎは入力電圧、Ｖｏｕｔは出力電圧、Ｖｒは設定基準電圧、Ｉ１１，Ｉ２１は入力電流、Ｉ１２，Ｉ２２は出力電流を示す。
【０００３】
スイッチング素子と、トランスと、整流平滑部とをそれぞれ含む同一構成のコンバータ５１，５２の入力端子を並列接続し、出力端子も並列接続し、入力端子には入力電圧Ｖｉｎを印加し、出力端子の出力電圧Ｖｏｕｔを、図示を省略した負荷に印加する。又比較演算部５３とパルス幅制御演算部５４とを含むスイッチング制御手段を、コンバータ５１，５２に対して共通化した場合を示し、出力電圧Ｖｏｕｔと設定基準電圧Ｖｒとを比較演算部５３により比較し、その比較出力と鋸歯状波電圧とをパルス幅制御演算部５４により比較して、パルス幅制御されたスイッチング制御信号をコンバータ５１，５２に入力し、コンバータ５１，５２の図示を省略しているスイッチング素子のオン、オフを制御して、安定化した出力電圧Ｖｏｕｔを負荷に印加する。この従来例に於いて、理想状態では、コンバータ５２側のインピーダンスＺ１，Ｚ２は、コンバータ５１側と同一の値となるもので、その場合は、コンバータ５１，５２の入力電流Ｉ１１，Ｉ２１は等しくなり、又出力電流Ｉ１２，Ｉ２２も等しくなる。従って、単一のコンバータの２倍の電流を負荷に供給することができる。
【０００４】
前述の図５に示す従来例は、並列接続のコンバータ５１，５２に対して、比較演算部５３とパルス幅制御演算部５４を含む共通のスイッチング制御手段を設けた場合を示すが、各コンバータ５１，５２にそれぞれ比較演算部とパルス幅制御演算部とを含むスイッチング制御手段を設けて、入力端子と出力端子とをそれぞれ並列に接続し、各コンバータの出力電圧を設定基準電圧と比較して、それぞれのスイッチングのパルス幅制御を行う構成も知られている。このような構成に於いて、それぞれ電流検出部を設け、検出した電流値の情報をコンバータ相互間で通知することにより、負荷に供給する各コンバータの電流のバランスを図る構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
又それぞれスイッチング制御手段を備えたコンバータを並列運転する場合に、各コンバータの出力電圧制御情報を相互に交換するように構成して、並列運転のバランスを維持するスイッチング電源装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。又並列運転する各コンバータに於いて、それぞれの出力電流を検出し、この電流検出情報を、相互間を接続した電流バランス端子から転送し、出力電流の相互の差分に相当する値を、コンバータ対応のパルス幅制御演算部に入力することにより、各コンバータから負荷に供給する電流のバランスを図る構成も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特公平６−２６４７３号公報
【特許文献２】特開平７−２７４５０１号公報
【特許文献３】特開平７−２７４５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来例の図５に示す構成に於いて、コンバータ５１，５２の配置構成の関係から、入力電圧Ｖｉｎの電源側（図示せず）と、一方のコンバータ５１の入力端子との間の距離が短いことによりインピーダンスをほぼ零とし、他方のコンバータ５２の入力端子との間の距離が長いことによりインピーダンスＺ１が接続された状態となることがあり、又出力電圧Ｖｏｕｔを印加する負荷（図示せず）との間についても同様に距離の差等に従ったインピーダンスＺ２が、コンバータ５２の出力端子に接続された状態となることがある。このような接続構成の状態となると、コンバータ５２の入力端子に印加される電圧は、入力電流Ｉ２１とインピーダンスＺ１とにより、コンバータ５１の入力端子に印加される入力電圧Ｖｉｎより、（Ｉ２１）×（Ｚ１）の電圧降下分だけ低い電圧となる。又出力電流Ｉ２２とインピーダンスＺ２とにより、（Ｉ２２）×（Ｚ２）の電圧降下分だけ出力電圧を高くしないと、コンバータ５１の出力電圧と等しくならないことになる。即ち、負荷に供給する電流のバランスを維持できない問題がある。
【０００７】
又前述の特許文献１〜３に示す従来例に於いては、各コンバータから負荷に供給する電流のバランスを維持する為に、電流検出情報の交換によるスイッチング制御を行う構成を必要とするから、構成が複雑化する問題がある。
【０００８】
本発明は、簡単且つ廉価な構成により、複数のコンバータ間の電流バランスを維持させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のスイッチング電源装置は、複数のコンバータを並列運転して負荷に安定化直流電圧を供給するスイッチング電源装置に於いて、並列接続するコンバータの入力端子にそれぞれ相互に磁気的に結合させたコイルを接続し、該コイルの巻数比を並列接続の前記コンバータの入力電流比に逆比例した値としたコモンモードチョークコイルを設けた構成を有するものである。
【００１０】
又複数のコモンモードチョークコイルを階層的に順次接続し、最上位層のコモンモードチョークコイルに入力電圧を印加し、最下位層のコモンモードチョークコイルにそれぞれコンバータの入力端子を接続し、前記複数のコモンモードチョークコイルのそれぞれ磁気的に結合させたコイルの巻数比を、該コイルに流れる電流の比に逆比例した値とした構成を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
コンバータの入力端子にコモンモードチョークコイルを接続する比較的簡単な構成により、並列運転のコンバータの電流のバランスととることができ、且つ並列運転の各コンバータの電流が異なる場合でも、コモンモードチョークコイルの巻数比を選定することにより、予め設定した電流比を自動的に維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のスイッチング電源装置は、図１を参照すると、並列接続するコンバータ１，２の入力端子にそれぞれ相互に磁気的に結合させたコイルを接続し、そのコイルの巻数比を並列接続のコンバータ１，２の入力電流比（Ｉ１２：Ｉ２２）に逆比例した値（ｎ２：ｎ１）としたコモンモードチョークコイル５を設けた構成とする。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１，２は同一構成のコンバータ、３は比較演算部、４はパルス幅制御演算部、５はコモンモードチョークコイル、ｎ１，ｎ２は巻数、Ｚ１，Ｚ２はインピーダンス、Ｉ１１，Ｉ２１は入力電流、Ｉ１２，Ｉ２２は出力電流、Ｖｉｎは入力電圧、Ｖｏｕｔは出力電圧、Ｖｒは設定基準電圧を示す。コモンモードチョークコイル５は、巻数ｎ１のコイルと、巻数ｎ２のコイルとをコアに巻回して相互に磁気的に結合させた構成を有し、その巻数ｎ１のコイルをコンバータ１の入力端子に接続し、巻数ｎ２のコイルをコンバータ２の入力端子に接続する。又前述の従来例と同様に、出力電圧Ｖｏｕｔと設定基準電圧Ｖｒとを比較演算部３により比較し、差分に相当するレベルの出力信号と鋸歯状波電圧とを、パルス幅制御演算部４に入力して、コンバータ１，２に対してパルス幅制御によるスイッチング制御信号を入力する。コンバータ１，２は、それぞれスイッチング素子を、スイッチング制御信号に従ってオン、オフ制御して、安定化した出力電圧Ｖｏｕｔを、図示を省略した負荷に供給する。
【００１４】
コンバータ１，２の入力電流Ｉ１１，Ｉ２１は、スイッチング制御信号に対応してオン、オフするもので、例えば、コンバータ２側のインピーダンスＺ１，Ｚ２により、一方のコンバータ１の入力電流Ｉ１１より、他方のコンバータ２の入力電流Ｉ２１が少なくなると、コモンモードチョークコイル５により、入力電流が大きい側のインピーダンスが高くなるように作用して、一方のコンバータ１の入力電流Ｉ１１と、他方のコンバータ２の入力電流Ｉ２１とが等しくなる。従って、一方のコンバータ１の出力電流Ｉ１２と、他方のコンバータ２の出力電流Ｉ２２とが等しくなる。即ち、コモンモードチョークコイル５をコンバータ１，２の入力側に接続し、コモンモードチョークコイル５のコイル巻数比を、所望の入力電流Ｉ１１，Ｉ２１の比に逆比例した値とすることにより、入力電流Ｉ１１，Ｉ２１に比例する出力電流Ｉ１２，Ｉ２２を所望の比に維持して負荷に供給することができる。
【００１５】
図２は、特性説明図であり、（Ａ）は図１に示す本発明の実施例１の構成の場合の特性を示し、（Ｂ）は図５に示す従来例の構成の場合の特性を示す。なお、インピーダンスＺ１，Ｚ２をそれぞれ５０ｍΩ、入力電圧Ｖｉｎを９０Ｖ、コンバータ内のトランスの巻数比を５：１、出力電圧Ｖｏｕｔを５Ｖ、負荷に供給する電流を８Ａとした場合について、コモンモードチョークコイル５を設けた実施例１の構成に於いては、（Ａ）に示すように、入力電流Ｉ１１，Ｉ２１と、出力電流Ｉ１２，Ｉ２２とはほぼ等しくなる。これに対して、コモンモードチョークコイルを設けない従来例の構成に於いては、（Ｂ）に示すように、一方のコンバータの入力電流Ｉ１１に比較して、インピーダンスＺ１，Ｚ２の影響により、他方のコンバータの入力電流Ｉ２１は少なくなり、それに対応して、出力電流Ｉ１２，Ｉ２２は大きく相違したものとなる。
【実施例２】
【００１６】
図３は、本発明の実施例２の説明図であり、１１，１２，１３はコンバータ、１４，１５はコモンモードチョークコイル、ｎ１，ｎ２，ｎ１１，ｎ１２は巻数、ｉ１１，ｉ１２，ｉ１３は出力電流、Ｖｉｎは入力電圧、Ｖｏｕｔは出力電圧を示す。なお、図１に於ける比較演算部３とパルス幅制御演算部４とを含む構成は図示を省略している。３並列運転する各コンバータ１１，１２，１３は同一構成で、それぞれの出力電流ｉ１１，ｉ１２，ｉ１３を同一とすると、単一のコンバータの３倍の電流を負荷に供給できる構成となる。この場合、コモンモードチョークコイル１４は、コンバータ１１，１２の入力電流を等しくするもので、巻数比ｎ１：ｎ２＝１：１とし、コモンモードチョークコイル１５は、巻数ｎ１１側に流れる電流が、巻数ｎ１２側に流れる電流の２倍となるから、巻数比ｎ１１：ｎ１２＝２：１とする。
【００１７】
コンバータ１１，１２については、入力側に接続したコモンモードチョークコイル１４により、図１に示す実施例１と同様に電流バランスを実現できることになり、又コンバータ１３を組み合わせた構成に於いては、入力電流比に対応した巻数比としたコモンモードチョークコイル１５により、コンバータ１３を含めた３並列運転時の電流バランスをとることができる。
【実施例３】
【００１８】
図４は、本発明の実施例３の説明図であり、２１〜２４はコンバータ、２５〜２７はコモンモードチョークコイル、Ｖｉｎは入力電圧、Ｖｏｕｔは出力電圧、ｉ２１〜ｉ２４は出力電流を示す。なお、図１に於ける比較演算部３とパルス幅制御演算部４とを含む構成は図示を省略している。この実施例３は、同一構成のコンバータ２１〜２４を４並列運転する場合を示し、コモンモードチョークコイル２５〜２７を階層的に接続し、最上位層のコモンモードチョークコイル２７に入力電圧Ｖｉｎを印加し、最下位層のコモンモードチョークコイル２５，２６にコンバータ２１〜２４の入力端子を接続し、各コンバータ２１〜２４の出力端子を並列に接続して、出力電圧Ｖｏｕｔを、図示を省略した負荷に印加する。又コンバータ２１〜２４の出力電流を同一とする場合、入力電流は同一比となるから、各コモンモードチョークコイル２５〜２７のコイルの巻数比は１：１とする。
【００１９】
コンバータ１１，１２とコモンモードチョークコイル２５との構成は、図１に示す実施例１と同様であり、又コンバータ１３，１４とコモンモードチョークコイル２６との構成も図１に示す実施例１と同様である。又２並列のコンバータ２１，２２と同様な２並列のコンバータ２３，２４とをコモンモードチョークコイル２７を介して接続し、入力電圧Ｖｉｎを印加する。このコモンモードチョークコイル２７により、コンバータ２１，２２側とコンバータ２３,２４側との入力電流を等しくすることができる。従って、各コンバータ２１〜２４の出力電流のバランスを自動的にとることができる。
【００２０】
又コンバータを８並列運転する構成の場合、最上位層の１個のコモンモードチョークコイルと、中位層の２個のコモンモードチョークコイルと、最下位層の４個のコモンモードチョークコイルとを順次接続し、最上位層のコモンモードチョークコイルに入力電圧Ｖｉｎを印加し、最下位層の４個のコモンモードチョークコイルにそれぞれ２個のコンバータを接続して合計８個のコンバータを並列接続した構成とすることも可能である。
【００２１】
本発明は、前述の各実施例のみに限定されるものではなく、種々付加変更することができるものであり、例えば、図３に於けるコモンモードチョークコイル１５のように、電流比に逆比例する巻数比とするものであるから、２並列運転の一方のコンバータの出力電流が、他方のコンバータの出力電流の２倍とする場合、電流比が２：１であるから、コモンモードチョークコイルの巻数比を１：２とする。同様に、電流比が３：１の場合、巻数比を１：３としてコモンモードチョークコイルをコンバータの入力側に接続する。又複数のコンバータは、図１に示すように、共通化したパルス幅制御手段を設けた場合のみでなく、各コンバータにそれぞれパルス幅制御手段を設けて並列運転する構成の場合も、前述の各実施例のように、入力側にコモンモードチョークコイルを接続して、出力電流をバランスさせる構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１の説明図である。
【図２】特性比較説明図である。
【図３】本発明の実施例２の説明図である。
【図４】本発明の実施例３の説明図である。
【図５】従来例の説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１，２  コンバータ
３  比較演算部
４  パルス幅制御演算部
５  コモンモードチョークコイル
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
Ｉ１１，Ｉ２１  入力電流
Ｉ１２，Ｉ２２  出力電流
【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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