(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に並列に接続された出力を有する複数の電源を備え、
前記複数の電源のそれぞれは、各電源を負荷に電気的に接続しかつ非接続にする制御可能な絶縁装置と、各電源の出力電圧を調整するための電圧フィードバック回路と、各電源の前記絶縁装置と前記電圧フィードバック回路を制御するためのコントローラと、を有する負荷に電力を供給するためのリダンダント電力供給システムであって、
前記電圧フィードバック回路のそれぞれは、各電源の絶縁装置の上流側地点における電圧をフィードバックするためのローカルループと、各電源の絶縁装置の下流側地点における電圧をフィードバックするためのリモートループとを有しており、
各電源の前記ローカルループは、各電源の前記コントローラによって制御されるアナログスイッチを含んでおり、
前記コントローラは、それぞれ、各電源の前記ローカルループとリモートループを選択的に制御し、各電源に印加されるフィードバック電圧を選択するようになっており、
各電源の前記リモートループは、当該ローカルループにおける前記アナログスイッチが閉じた際に当該電源のローカルループの抵抗値より実質的に大きな抵抗値を有する抵抗を有しており、前記ローカルループは、当該ローカルループにおける前記アナログスイッチが閉じた際にのみ、前記下流側地点から電圧をフィードバックするようになっていることを特徴とする負荷に電力を供給するためのリダンダント電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に電力を供給する電力供給システムに関し、さらに詳しくは、並列に接続された複数の電源を含み、それらの内の一つが故障しても継続的な電力供給を保証するリダンダント電力供給システム(Redundant power supply system)に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リダンダント電力供給システムは、通常、ダイオードやトランジスタのような絶縁装置を介して負荷に並列に接続された出力を有する２またはそれ以上の電源を備えている。この絶縁装置は、各電源を負荷に接続あるいは非接続にするためにコントローラによって制御され、これらの電源のうちの一つが故障すると素早くかつ自動的に接続が断たれ、故障した電源に逆電流が流れるのを防止するようになっている。各電源は、さらに、コントローラによって制御され個々の電源の出力電圧を調整するための電圧フィードバック回路を備えている。既知のリダンダント電力供給システムの例は、米国特許第4,860,188号及び米国特許第5,672,958号に記載されている。
【０００３】
このようなリダンダント電力供給システムにおける課題の一つは、すべての稼動中の電源が負荷を均等に分担するようにそれらの稼動中の電源を流れる電流を均一にすることである。このようなリダンダント電力供給システムにおける他の課題は、負荷に対するシステムの出力電圧の調整の問題である。なぜなら、個々の電源の出力電圧には、僅かではあるが、必ず差異があるからである。このようなリダンダント電力供給システムにおけるさらに別の課題は、電源が突然非接続になった際に生成され、当該電力供給システムによって供給される電気機器の信頼ある動作が損なわれる過電流の問題である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した点において利点を有するリダンダント電力供給システムを提供することにある。
【０００５】
従って、本発明は、負荷に並列に接続された出力を有する複数の電源を備え、前記複数の電源のそれぞれは、各電源を負荷に電気的に接続しかつ非接続にする制御可能な絶縁装置と、各電源の出力電圧を調整するための電圧フィードバック回路と、各電源の前記絶縁装置と前記電圧フィードバック回路を制御するためのコントローラと、を有する負荷に電力を供給するためのリダンダント電力供給システムであって、前記電圧フィードバック回路のそれぞれは、各電源の絶縁装置の上流側地点における電圧をフィードバックするためのローカルループと、各電源の絶縁装置の下流側地点における電圧をフィードバックするためのリモートループとを有しており、各電源の前記ローカルループは、各電源の前記コントローラによって制御されるアナログスイッチを含んでおり、前記コントローラは、それぞれ、各電源の前記ローカルループとリモートループを選択的に制御し、各電源に印加されるフィードバック電圧を選択するようになっており、各電源の前記リモートループは、当該ローカルループにおける前記アナログスイッチが閉じた際に当該電源のローカルループの抵抗値より実質的に大きな抵抗値を有する抵抗を有しており、前記ローカルループは、当該ローカルループにおける前記アナログスイッチが閉じた際にのみ、前記下流側地点から電圧をフィードバックするようになっていることを特徴とする。
【００１１】
【実施の形態】
＜図１のシステム＞
図１は、PS-1, PS-2, ・・・・・PS-nで示す複数の電源を備えたリダンダント電力供給システムを示しており、これらの電源は、すべてＲＬで示す共通の負荷に並列に接続されている。電源PS-1の構成要素は、１００から始まる番号で示されており、電源PS-2における要素は、１２０から始まる番号で示されている。本発明のシステムは、特定の用途に応じたリダンダンシイ(redundancy)の程度に従って、並列に接続された任意の数の電源を含むことができる。
【００１２】
各電源は、ターミナルＶinで示された電圧供給源と、電力を共通の負荷ＲＬにリダンダントな方法で供給するために各電源を制御するための点線で示された四角のブロック（例えば、１００、１２０）内に内蔵された回路とを備えている。
【００１３】
すなわち、電源PS-1は、電力調整器(power regulator)１０１と、電流センサ１０２と、絶縁装置１０３とを備えており、この絶縁装置１０３は、当該電源を前記共通の負荷RLに選択的に接続するために選択的に制御されるようになっている。例えば、この絶縁装置１０３は、電源を負荷に接続するために順方向にバイアスされるとともに、当該電源を負荷から非接続にするように逆方向にバイアスされたダイオードでもよい。また、この絶縁装置１０３は、金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（MOSFET）のようなトランジスタでもよい。この種のトランジスタは、より効果的ではあるが、より高価なものとなる。
【００１４】
前記電流センサ１０２は、当該電源の出力における電流を感知し、それぞれの絶縁装置１０３を介して負荷ＲＬに接続されたすべての電源の出力電流をほぼ等しくするように当該電源の出力電流を調整するための電流フィードバック回路１０４を制御する。
【００１５】
電源PS-1は、さらに、当該電源における絶縁装置１０３を制御するとともに、当該電源の電力調整器１０１に電圧をフィードバックするためのフィードバック電圧回路を制御するコントローラ（制御装置）１０５を有している。この電圧フィードバック回路は、二つのループから構成されている。第1のループは「ローカルループ」と呼ばれ、アナログスイッチ１０６を備えており、第2のループは「リモートループ」と呼ばれ、アナログスイッチ１０７を備えている。アナログスイッチ１０６により制御されるローカルループは、絶縁装置１０３の上流側地点１０８における電圧を電力調整器１０１にフィードバックする。一方、アナログスイッチ１０７によって制御されるリモートループは、以下において詳述するように、前記絶縁装置１０３の下流側でありかつ前記共通の負荷ＲＬに近い地点１１２からの電圧を前記電力調整器１０１にフィードバックする。
【００１６】
コントローラ１０５は、前記絶縁装置１０３の直ぐ下流側の地点１０９における電圧と前記絶縁装置１０３の上流側の地点１０８における電圧の関係に従って、前記二つのアナログスイッチ１０６、１０７を選択的に制御する。すなわち、以下において詳述するように、本システムの作動中に地点１０９における電圧が地点１０８における電圧より低くなると、コントローラ１０５は、前記アナログスイッチ１０６をOFFにし、アナログスイッチ１０７をONにする。その結果、前記調整器１０１へのフィードバック電圧は、地点１１２から、すなわち前記絶縁装置１０３の下流側であって前記共通の負荷ＲＬに近い地点からかかることになる。一方、前記絶縁装置１０３の上流側の地点１０８における電圧が地点１０９における電圧よりも低くなると（以下に述べるように、この状態は、無負荷状態あるいは以下に述べるように電源PS-1が故障した場合に生じる）、前記コントローラ１０５は、アナログスイッチ１０６をONにし、アナログスイッチ１０７をOFFにする。その結果、電力調整器１０１へのフィードバック電圧は、前記絶縁装置１０３の上流側の地点１０８から前記ローカルループを介したものとなる。後者の場合（すなわち、無負荷状態あるいは以下に述べるように電源PS-1が故障した場合）には、コントローラ１０５は、前記絶縁装置１０３をも制御し、それをOFFの状態に切り替える。
【００１７】
電源PS-1の出力は、図１の地点１１１において現れ、出力負荷バス１５５に接続されている。このバス１１５は、電源PS-2及び本リダンダント電流供給システムにおける他の電源に対する共通の出力を提供する。このバス１１５は、前記負荷ＲLの近傍の地接続点１１６に接続されている。この負荷ＲLに近い接続点１１６は、すべての電源に対する共通の電圧フィードバックバス１１４にも接続されている。このバス１１４は、フィードバック電圧を、例えば電源PS-1におけるアナログスイッチ１０７のような各リモートループアナログスイッチによって制御される各電源のリモートループに供給する。
【００１８】
図示されたシステムは、さらに、すべての電源に共通であって個々の電源の電流フィードバック回路に接続された共通の電流シェアリングバス１１３を備えている。すなわち、図１に示すように、電源PS-1の電流フィードバック回路１０４は、ターミナル１１０を介して、共通の電流シェアリングバス１１３に接続されている。
【００１９】
図１に図示されたリダンダントシステムの他のすべての電源も、同様に構成され、共通バス１１３、１１４及び１１５に接続されている。すなわち、電源PS-2については、それが電力調整器１２１、電流センサ１２２、絶縁装置１２３及び電流フィードバック回路１２４を備えていることが分かるであろう。電源PS-2は、さらに、二つのアナログスイッチ１２６，１２７をそれぞれ制御するコントローラ１２５を備えている。このコントローラ１２５は、電源PS-1のコントローラ１０５との関係で上述したように、絶縁装置１２３の上流側の地点１２８と絶縁装置の下流側の地点１２９における電圧によって制御される。電源PS-2は、さらに、その電流フィードバック回路１２４を共通の電流シェアリングバス１１３に接続するターミナル１３０と、その出力を共通の出力負荷バス１１５に接続するターミナル１３１と、電圧をフィードバックするために負荷−電圧フィードバックバス１１４をアナログスイッチ１２７を介して電力調整器１２１に接続するターミナル１３２と、を備えている。
【００２０】
＜ノーマルモードの動作＞
ノーマルモードの動作では、すべての電源PS-1〜PS-nは、それらの個々の絶縁装置１０３，１２３を介して負荷ＲＬに対して並列に接続されており、負荷に供給される負荷電流を均等に分担している。この電流の均等な分担（シェアリング）は、個々の電源の電流センサ（１０２，１２２）によって制御される。これらの電流センサは、共通の電流シェアリングバス１１３によってすべて一体に接続されている各電流フィードバック回路１０４，１２４を制御する。
【００２１】
このノーマルモードの動作の間、各電源は共通の負荷ＲＬに電流を供給するため、個々の電源の絶縁装置の両側で電圧低下が生じる。すなわち、電源PS-1では、絶縁装置１０３における電圧低下が地点１０９における電圧を地点１０８における電圧より低くさせる。そのような場合、コントローラ１０５は、アナログスイッチ１０６をOFFにするとともに、アナログスイッチ１０７をONにし、電力調整器１０８へのフィードバック電圧が、バス１１４、ターミナル１１２及びアナログスイッチ１０７からリモートループを介して印加されるようになる。従って、そのような場合、電力調整器１０１に印加されるフィードバック電圧は、絶縁装置１０３の下流側地点における電圧、すなわち負荷ＲＬに隣接した地点１１６からの電圧となる。この負荷ＲＬに隣接した地点１１６における電圧は、そのため、すべての電源の電力調整器１０１，１２１を調整するフィードバック電圧として用いられることになる。
【００２２】
＜無負荷状態の動作＞
負荷ＲＬがOFFの場合、電源からは電流は供給されないので、いずれの絶縁装置１０３，１２３にも電流は流れない。その結果、各電源における絶縁装置の両側における電圧は同じになる。しかしながら、前述したように、各電源の出力電圧には、非常に小さいものの、必ずいくらかの差異はあるので、複数の電源の中の一つの電源の絶縁装置の出力における電圧は、他の電源における電圧よりもわずかに大きくなる。これらの電源の絶縁装置の出力点１０９，１２９は、すべて、共通の負荷バス１１５を介して一体に接続されているので、各絶縁装置（最も大きい出力電圧を有する電源のものを除く）の出力点の電圧は、入力点における電圧よりもわずかに大きくなる。例えば、地点１０９は、地点１０８における電圧よりもわずかに大きい電圧を有するようになる。この電圧における差異は、コントローラ１０５によって感知され、ローカルループにおけるアナログスイッチ（例えば、１０６）をONにし、リモートループにおけるアナログスイッチ（例えば、１０７）をOFFにする。その結果、電力調整器に印加されるフィードバック電圧は、個々の絶縁装置１０３の上流側の地点１０８からのものとなる。マイクロコントローラは、絶縁装置の下流側における電圧が上流側における電圧よりも大きいこれらの電源の絶縁装置をOFFにするようにしてもよい。
【００２３】
従って、この状態では、いずれの電源も電流を引き寄せなくなり、負荷に印加される電圧は最も大きな出力電圧を有する電源の電圧となる。
【００２４】
＜１または複数の電源が故障した場合の動作＞
並列に接続された複数の電源のうちの１または複数の電源が故障した場合、各コントローラ１０５，１２５は、その状態を検知し、各絶縁装置１０３，１２３を作動させて、該電源を負荷から非接続にする。残った１または複数の電源は、負荷に電力を供給する。この負荷電流は、すべての稼動中の電源によって均等にシェアされている。
【００２５】
例えば、電源PS-1が故障したと仮定する。そのような事態が起きると、当該電源の絶縁装置１０３の直ぐ下流側の地点１０９における電圧が絶縁装置の直ぐ上流側の地点１０８における電圧よりも大きくなる。これは、無負荷状態の動作の個所で説明したように、地点１０９における電圧は、最も高い出力電圧を有する稼動中の電源の電圧となるからである。また、前述したように、地点１０９における電圧が地点１０８における電圧よりも大きくなると、コントローラ１０５によって絶縁装置１０３が作動し、各電源PS-1を負荷から非接続とする。また、コントローラ１０５は、二つのアナログスイッチ１０６，１０７を前述した無負荷状態の場合と同様に制御するが、これは、前記電源PS-1は既に負荷から非接続となっているので、重要なことではない。
【００２６】
しかしながら、電源PS-2における対応するコントローラ１２５は、その絶縁装置１２３の上流側地点１２８における電圧に比べてより高い当該絶縁装置１２３の下流側地点１２９における電圧によって同様に制御され、アナログスイッチ１２６をONにし、アナログスイッチ１２７をOFFにする。従って、絶縁装置１２３の上流側地点１２８における電圧は、アナログスイッチ１２６を含むローカルループを介して、電源PS-2用の電力調整器１２１に送られ、当該電源の電圧を調整する。同じことがこのリダンダント電力供給システムにおける他の稼動中の電源についても行われる。
【００２７】
従って、この状態の間、最も大きな出力電圧を有する稼動中の電源は、負荷ＲＬに印加される電圧を規制し、負荷に供給される電流がすべての稼動中の電源によって均一にシェアされることになる。
【００２８】
＜図２の変形例＞
図２は、図１に基づいて説明したリダンダント電力供給システムとほぼ同様な電力供給システムを示しており、そのため、対応する部品を特定するために同一の参照番号を用いている。
【００２９】
図２の変形例は、図１で説明したアナログスイッチ１０７，１２７の代わりに、各電電の電圧フィードバック回路のリモートループにおける置換抵抗(substituting resistors)２０７，２２７を備えている。この抵抗２０７，２２７の抵抗値は、アナログスイッチ１０６，１２６が閉鎖された状態で、個々のリモートループを介してバス１１４からフィードバックされる電圧がアナログスイッチ１０６，１２６が切り替わった際にのみ有効となるように、アナログスイッチ１０６，１２６を含むローカルループの抵抗値よりかなり大きくなっている。
【００３０】
他のすべての点において、図２のシステムの構成及び動作は、図１について述べたものとほぼ同じである。
【００３１】
以上、本発明を２つの好適実施形態に基づいて説明したが、これらは単に一例として記載したにすぎず、多くの改良や改変及び本発明のその他の応用があることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかるリダンダント電力供給システムの一実施形態を記載したブロック図である。
【図２】図２は、図１のリダンダント電力供給システムの変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００（１２０）    点線で示された四角のブロック
１０１（１２１）    電力調整器
１０２（１２２）    電流センサ
１０３（１２３）    絶縁装置
１０４（１２４）    電流フィードバック回路
１０５（１２５）    コントローラ
１０６（１２６）    アナログスイッチ
１０７（１２７）    アナログスイッチ
１０８（１２８）    （絶縁装置の上流側）地点
１０９（１２９）    （絶縁装置の下流側）地点
１１１              地点
１１３              バス
１１４              共通の電圧フィードバックバス
１１５              バス
１１６              地点
１３０              ターミナル
２０７、２２７      置換トランジスタ
【図１】
0004022377.tif 000002
【図２】
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