(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の小出力電源モジュールの並列接続からなる電源と電源制御ユニットとを有し、前記電源の出力が小さい第１のモード、前記電源の出力が大きい第３のモード、および前記電源の出力が第１のモードでの出力より大きく第３のモードでの出力よりも小さい第２のモードを含む複数モードにより制御される電源装置において、
前記電源制御ユニットは、電源出力が０％より大きいある値から１００％未満の値にわたる範囲で前記電源を制御する第２の制御モードにおいては、ｎ個（ｎは２以上の設定数である整数）の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−ｎ−１）の何れか）の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、残り（Ｍ−ｎ−Ｎ）個の小出力電源モジュールを０％の出力で駆動し、
前記第２の制御モードにおいて、前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったときは、当該１００％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出力に固定し、残る（ｎ−１）個の小出力電源モジュールと、それまで０％の出力で駆動していた（Ｍ−ｎ−Ｎ）個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動するように前記電源を制御する電源装置。
【請求項２】
前記電源制御ユニットは、前記第２の制御モードで、Ｎが１以上である（少なくとも１つの小出力電源モジュールが１００％の出力で駆動しており）場合において、前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個の出力が前記下限％より小さくなったときは、当該出力が前記下限％より小さくなった小出力電源モジュールのうちの１個を０％の出力に固定し、残る（ｎ−１）個の小出力電源モジュールと、それまで１００％の出力で駆動していたＮ個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動するように前記電源を制御する請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記電源制御ユニットは、前記第２の制御モードで、Ｎが０であり（何れの小出力電源モジュールも１００％の出力で駆動しておらず）、かつ（Ｍ−ｎ−Ｎ）が１以上である（少なくとも１つの小出力電源モジュールが０％の出力で駆動している）場合において、前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個の出力が前記下限％より小さくなったときは、前記電源を第１の制御モードにより制御する請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記電源制御ユニットは、前記第２の制御モードで、Ｎが（Ｍ−ｎ−１）である場合において、前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記１００％の出力となったときは、前記電源を第３の制御モードにより制御する請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源制御ユニットは、前記第１の制御モードにおいては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを駆動する、ように前記電源を制御する請求項３記載の電源装置。
【請求項６】
前記電源制御ユニットは、前記第３の制御モードにおいては、１個ないしｎ個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％以下の出力で駆動し、残りのＮ個（Ｎは（Ｍ−ｎ）ないし（Ｍ−１））の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動するように前記電源を制御する請求項４記載の電源装置。
【請求項７】
Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の小出力電源モジュールの並列接続からなる電源と電源制御ユニットとを有し、前記電源の出力が最も小さい第１のモード、前記電源の出力が最も大きい第３のモード、および前記電源の出力が第１のモードでの出力より大きく第３のモードでの出力よりも小さい第２のモードにより制御される電源装置において、
前記電源制御ユニットは、電源出力が０％からそれより大きい所定％にわたる範囲で、前記電源を制御する第１の制御モード、電源出力が前記所定％から、１００％未満の他の所定％にわたる範囲で、前記電源を制御する第２の制御モード、電源出力が１００％未満の前記他の所定％から１００％にわたる範囲で、前記電源を制御する第３の制御モードの３つの制御モードを有し、前記第１の制御モードにおいては、１個の小出力電源モジュールを駆動し、前記第２の制御モードにおいては、２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−３）の何れか）の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、残りの（Ｍ−２−Ｎ）個の小出力電源モジュールを０％の出力で駆動し、前記第3の制御モードにおいては、１個ないし２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％以下の出力で駆動し、残りのＮ個（Ｎは（Ｍ−２）ないし（Ｍ−１））の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、
前記第２の制御モードにおいて、５０％以上かつ１００％未満の出力で駆動している前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったときは、当該１００％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出力に固定し、残る１個の小出力電源モジュールと、それまで０％の出力で駆動していた（Ｍ−２−Ｎ）個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計２個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動する、ように前記電源を制御する電源装置。
【請求項８】
前記電源制御ユニットは、前記第２の制御モードで、Ｎが１以上である場合において、前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記下限％の出力となったときは、当該下限％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を０％の出力に固定し、残る１個の小出力電源モジュールと、それまで１００％の出力で駆動していた小出力電源モジュールのうちの１個との、合計２個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動する、ように前記電源を制御する請求項７記載の電源装置。
【請求項９】
前記電源制御ユニットは、前記第２の制御モードで、Ｎが０である場合において、前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記下限％の出力となったときは、前記電源を前記第１の制御モードにより制御する請求項７記載の電源装置。
【請求項１０】
前記電源制御ユニットは、前記第２の制御モードで、Ｎが（Ｍ−３）である場合において、前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったときは、前記電源を前記第３の制御モードにより制御する、請求項７記載の電源装置。
【請求項１１】
Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の小出力電源モジュールの並列接続からなる電源が、当該電源の出力が小さい第１のモード、出力が大きい第３のモード、および出力が第１のモードでの出力より大きく第３のモードでの出力よりも小さい第２のモード、を含む複数のモードにより制御される電源装置の制御方法において、
電源出力が０％より大きいある値から１００％未満の値にわたる範囲で、前記電源を制御する第２の制御モードにおいては、ｎ個（ｎは２以上の設定数である整数）の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−ｎ−１）の何れか）の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、残り（Ｍ−ｎ−Ｎ）個の小出力電源モジュールを０％の出力で駆動し、
前記第２の制御モードにおいて、前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったときは、当該１００％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出力に固定し、残る（ｎ−１）個の小出力電源モジュールと、それまで０％の出力で駆動していた（Ｍ−ｎ−Ｎ）個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動する電源装置の制御方法。
【請求項１２】
前記第２の制御モードで、Ｎが１以上である場合において、前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記下限％の出力となったときは、当該下限％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を０％の出力に固定し、残るｎ−１個の小出力電源モジュールと、それまで１００％の出力で駆動していたＮ個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動する請求項１１記載の電源装置の制御方法。
【請求項１３】
前記第２の制御モードで、Ｎが０（何れの小出力電源モジュールも１００％の出力で駆動していない）である場合において、前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記下限％の出力となったときは、前記電源を第１の制御モードにより制御する請求項１１記載の電源装置の制御方法。
【請求項１４】
前記第２の制御モードで、Ｎが（Ｍ−ｎ−１）である場合において、前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記１００％の出力となったときは、前記電源を第３の制御モードにより制御する、請求項１１記載の電源装置の制御方法。
【請求項１５】
前記第１の制御モードにおいては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを駆動する請求項１１に記載の電源装置の制御方法。
【請求項１６】
前記第３の制御モードにおいては、１個ないしｎ個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％以下の出力で駆動し、残りのＮ個（Ｎは（Ｍ−ｎ）ないし（Ｍ−１））の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動する請求項１４記載の電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気・電子機器にエネルギーを供給する電源装置およびその制御方法に関するもので、特に、頻繁に負荷が変動する負荷装置に用いる電源について、広い負荷変動範囲について、常に高効率の制御を行うことができる電源装置およびその制御方法に関する。
【技術背景】
電気・電子機器にエネルギーを供給する電源について、損失を少なくすること、すなわち電源出力の効率を高くするという要請が常にある。図１０に、一般的な電源について、出力Ｐに対する効率ηを表すグラフを示す。図１０に示すように、電源にはそれ自身が消費するエネルギー（内部消費エネルギー）が、ある量必ず存在するため、低出力時には出力Ｐに対して前記内部消費エネルギーの割合が大きく、効率ηは低くなる。
効率ηは、出力Ｐが高くなるにつれて高くなり、最も高効率の点を経て、その後なだらかに低下する。電源が使用される電気・電子機器の負荷の大きさが予めわかっており、かつ当該負荷が頻繁には変動しないものならば、当該負荷に応じた出力のときに、効率ηが最も高効率となるように電源の設計をすればよい。
しかし、負荷が時々刻々変化する（すなわち、負荷の大きさが予想できない）負荷装置、たとえば、軽負荷時と重負荷時とで負荷の大きさが大幅に異なる電気自動車等の負荷装置では、特定の出力のときに、効率ηを最も高くする、といった電源設計ができない。このような場合には、想定される負荷の変動範囲にわたって高い効率を維持できるような電源が求められるが、このような電源を実現することは容易ではない。
一方、ある出力の電源を実現するときに（その出力が大きい場合には特に）、全体を複数の小出力電源モジュールにより構成し、これらの小出力電源モジュールを組み合わせて並列運転することで、要求される出力を得る手法が知られている。ある程度小出力の電源の方が、大出力の電源よりも、当該電源の内部回路（たとえば、スイッチング素子）、周辺回路（たとえば、電源制御回路）等の設計が簡単であり、素子などの選択の自由度や、設計の自由度が大きい。このため、高効率を安価に実現することが比較的容易であることもあることから、ある種の電源装置では、効率向上を目的として、上記手法が採られることもある。
しかし、複数の小出力電源モジュールを、ただ並列に組み合わせて等負荷運転させるだけでは、例えば、その小出力電源モジュール単体の効率曲線が図１０のグラフに示した特性を持つ場合には、全体の効率曲線は、当該グラフの横軸を相似的に拡大したものにすぎない。したがって、この場合には、特に効率の向上が図られるわけではない（後述する図３〜図５も参照）。
【発明の目的】
本発明の目的は、特に頻繁に負荷が変動する負荷装置、時々刻々変化する値が予想できない負荷装置、軽負荷時と重負荷時とで負荷の大きさが大幅に異なる負荷装置等に用いる電源について、広い負荷範囲にわたって電源全体を高い効率で動作させることができる電源装置およびその制御方法を提供することにある。
【発明の概要】
本発明は、Ｍ個（Ｍは、発明の態様により２以上の整数の場合もあるし３以上の整数の場合もある）の小出力電源モジュールの並列接続からなる電源と電源制御ユニットとを有し、複数のモードで制御されるもので、各小出力電源モジュールと負荷装置とのエネルギーの授受は、電源制御ユニットにより制御される。なお、本発明において、小出力電源モジュールとは、典型的にはスイッチングレギュレータ等の電源回路であるがこれには限定されないことは言うまでもない。また、本発明は、たとえば電気自動車（４輪車，２輪車を含む）の電源装置に応用されるが、もちろんこれに限定されるものではない。
〔本発明の第１態様〕
本発明電源装置の第１態様においては、各小出力電源モジュールは、２つの制御モードにより制御される。具体的には、この態様の制御装置では、電源制御ユニットは、電源装置から低エネルギーを負荷に供給する制御モード（低出力モード）、および電源装置から高エネルギーを負荷に供給する制御モード（高出力モード）の２つを持つことができる。
前記電源制御ユニットは、電源出力が０％より大きいある値から１００％以下の値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにおいては、前記Ｍ個の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、電源出力が０％以上でかつ、前記０％より大きいある値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにおいては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを駆動するように前記電源を制御する。
本発明制御方法の第１態様は、上記電源装置の制御方法にかかるもので、電源出力が０％より大きいある値から１００％以下の値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにおいては、前記Ｍ個の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、電源出力が０％以上でかつ、前記０％より大きいある値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにおいては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを駆動することを特徴とする。
たとえば、電源を２個の小出力電源モジュール電源から構成し、電源制御ユニットは、電源出力が０％以上でかつ、前記０％より大きいある値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにおいては、１個の小出力電源モジュールを駆動し、電源出力が０％より大きいある値から１００％以下のある値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにおいては、２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％以下の出力で駆動駆動することができる。
本発明の第１態様は、次に述べる第２態様の一部に実質上含まれるものである。したがって、以下の第２態様を理解すれば、自ずとその作用・効果を理解することができるので、説明の重複をさけるために、第１態様の詳細については説明を省略する。
〔本発明の第２態様〕
本発明電源装置の第2態様においては、各小出力電源モジュールは、複数の制御モードにより制御される。具体的には、本発明電源装置の第２態様では、電源制御ユニットは、電源装置から小さなエネルギー（０〜ＰＳ’％まで）を負荷に供給する制御モード（本発明における、「第１の制御モード」）と、電源装置から大量のエネルギー（ＰＢ’〜定格出力）を負荷に供給する制御モード（本発明における、「第３の制御モード」）と、電源装置から前記ＰＳ’〜前記ＰＢ’までのエネルギーを負荷に供給する制御モード（本発明における、「第２の制御モード」と言う）の３モードを持つことができる。
電源制御ユニットは、第２の制御モードでは、ｎ個（ｎは２以上の設定数である整数）の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−ｎ−１）の何れか）の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、残り（Ｍ−ｎ−Ｎ個）の小出力電源モジュールを０％の出力で駆動するように前記電源を制御する。
電源制御ユニットは、第２の制御モードにおいて、ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったときは、当該１００％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出力に固定し、残るｎ−１個の小出力電源モジュールと、それまで０％の出力で駆動していたＭ−ｎ−Ｎ個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動するように前記電源を制御することができる。
また、電源制御ユニットは、第２の制御モードで、Ｎが１以上である場合において、ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記下限％の出力となったときは、当該下限％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を０％の出力に固定し、残るｎ−１個の小出力電源モジュールと、それまで１００％の出力で駆動していたＮ個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動することができる。
本発明制御方法の第２態様は、上記電源装置の制御方法にかかるもので、電源出力が０％より大きいある値から１００％未満のある値にわたる範囲で、前記電源を制御する第２の制御モードにおいては、ｎ個（ｎは２以上の設定数である整数）の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−ｎ−１）の何れか）の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、残り（Ｍ−ｎ−Ｎ）個の小出力電源モジュールを０％の出力で駆動することを特徴とする。
本発明の第２態様では、第２の制御モードでは、どのような場合であっても、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動しているｎ個の小出力電源モジュール以外の小出力電源モジュールは、０％出力か１００％出力で動作する。なお、第２の制御モードでは、ｎ個の小出力電源モジュールが下限％以上かつ１００％未満の出力となるように制御され、残りの小出力電源モジュール全てが０％出力となるように制御される場合（１００％の出力で駆動される小出力電源モジュールが１つもない場合（Ｎ＝０））もあるし、またｎ個の小出力電源モジュールが下限％以上かつ１００％未満の出力となるように制御され、１つの小出力電源モジュールが０％出力、残りの小出力電源モジュール全てが１００％出力となるように制御される場合もある。
前記電源制御ユニットは、第１の制御モードで、１００％出力の小出力電源モジュールがない場合（Ｎが０である場合）において、ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が下限％の出力となったときは、小出力電源モジュールを第１の制御モードにより制御することになる。また、第１の制御モードで、０％出力の小出力電源モジュールが１つである場合（Ｎが（Ｍ−ｎ−１）である場合）において、ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったときは、電源を第３の制御モードにより制御することになる。
本発明の第２態様では、第１の制御モードにおける電源制御、第３の制御モードにおける電源制御は、第２の制御モードにおける電源制御とは無関係に行うこともできるが、第１の制御モードと第２の制御モードとの相互移行、第２の制御モードと第３の制御モードとの相互移行には、できる限りモード移行前に稼動している電源の一部は、モード移行後に稼動させたままにしておくような制御を行うことが好ましい。
具体的には、電源制御ユニットは、第１の制御モードにおいては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを駆動するように電源を制御することができるし、第３の制御モードにおいては、０個ないしｎ個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％以下の出力で駆動し、残りのＮ個（Ｎは（Ｍ−ｎ）ないし（Ｍ−１））の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動するように前記電源を制御することができる。
【発明の実施形態】
本発明の実施形態を図１により説明する。
電源装置１００は電源１と電源制御ユニット２を有してなり、電源１はＭ個（Ｍは３以上の整数）の小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭMの並列接続から構成される。これらの小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭMは負荷３が接続されており、各小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭMは、当該電源制御ユニット２により制御される。
電源制御ユニット２は、第１の制御モードＭＯＤＥ＿１、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２、第３の制御モードＭＯＤＥ＿３の３つの制御モードを持っている。
第１の制御モードＭＯＤＥ＿１では、電源制御ユニット２は、電源出力Ｐが０％〜ＰＳ’％にわたる範囲で、電源１が制御される。第２の制御モードＭＯＤＥ＿２では、電源出力ＰがＰＳ’％からＰＢ’％にわたる範囲で、電源１が制御される。また、第３の制御モードＭＯＤＥ＿３では、電源出力ＰがＰＢ’％から１００％にわたる範囲で、電源１が制御される。
第１の制御モードＭＯＤＥ＿１においては、電源制御ユニット２は、１個の小出力電源モジュールを駆動する。また、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２においては、電源制御ユニット２は、２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−３）の何れか）の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、残り（Ｍ−ｎ−Ｎ個）の小出力電源モジュールを０％の出力で駆動する。そして、第３の制御モードＭＯＤＥ＿３においては、電源制御ユニット２は、１個ないし２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％以下の出力で駆動し、残るＮ個（Ｎは（Ｍ−２）ないし（Ｍ−１））の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動する。
電源制御ユニット２は、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２において、前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったときは、当該１００％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出力に固定し、残る１個の小出力電源モジュールと、それまで０％の出力で駆動していた（Ｍ−２−Ｎ）個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％未満の出力で駆動する。
また、電源制御ユニット２は、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２で、Ｎが１以上である場合、すなわち１００％の出力で駆動されている小出力電源モジュールが少なくとも１つある場合において、前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記下限％の出力となったときは、当該下限％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個を０％の出力に固定し、残る１個の小出力電源モジュールと、それまで１００％の出力で駆動していた小出力電源モジュールのうちの１個との、合計２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％未満の出力で駆動する。
さらに、電源制御ユニット２は、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２で、Ｎが０である場合、すなわち１００％の出力の小出力電源モジュールが１つもない場合において、前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前記下限％の出力となったときは、電源１を第１の制御モードＭＯＤＥ＿１により制御する。すなわち、前記下限％の出力となった小出力電源モジュールの出力を０％とし、１個の小出力電源モジュールのみを駆動する。
また、電源制御ユニット２は、Ｎが（Ｍ−３）である場合、すなわち０％の出力の小出力電源モジュールが１つしかない場合において、前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったときは、電源１を第３の制御モードＭＯＤＥ＿３により制御する。すなわち、１個ないし２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％以下の出力で駆動し、残る全て（Ｎ個、（Ｍ−２）ないし（Ｍ−１）個）の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動する。
【実施例】
〔第１実施例〕
本実施例では、図１に示した電源装置１００が用いられている。
小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5は、第１実施例では規格（定格出力等）が同一のものが用いられ、図１０のグラフに示したと同様、低出力のときに低効率で動作し、最大出力の半分程度よりも高出力のときに高効率で動作する。
電源制御ユニット２は、小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5が負荷３に出力しているエネルギーの合計値を出力検出器４により検出しており、当該合計値に応じて小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5を、第１の制御モードＭＯＤＥ＿１、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２、および第３の制御モードＭＯＤＥ＿３の３つの制御モードで制御することができる。
電源１の出力が全出力の０〜２０％のときに第１の制御モードＭＯＤＥ＿１で動作し、電源１の出力が全出力の２０〜８０％のときに第２の制御モードＭＯＤＥ＿２で動作し、電源１の出力が全出力の８０〜１００％のときに第３の制御モードＭＯＤＥ＿３で動作する。
図２は、各制御モードＭＯＤＥ＿１，ＭＯＤＥ＿２，ＭＯＤＥ＿３における、小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5の稼動状況を示す図である。
第１の制御モードＭＯＤＥ＿１（出力Ｐが０〜２０％出力の範囲）では、ＧＭ1のみが動作する。また、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２（出力Ｐが２０〜８０％出力の範囲）では、５０％以上、かつ１００％未満で動作している小出力電源モジュールは常に２つであり、かつ少なくとも１つの小出力電源モジュールが０％出力となっている。そして、第３の制御モードＭＯＤＥ＿２（出力Ｐが８０〜１００％出力の範囲）では、５０％以上、かつ１００％未満で動作している小出力電源モジュールは常に２つであり、かつ残る全ての小出力電源モジュールが１００％出力となっている。
図２からもわかるように、第１実施例では、電源１が第１の制御モードＭＯＤＥ＿１で制御されている場合を除き（すなわち、ＧＭ1のみが動作している場合を除き）、動作している小出力電源モジュールは、常に５０％以上の出力で動作し、これによって幅広い負荷領域（ここでは、２０〜１００％の出力範囲）で、電源１全体が、高効率を実現している。
たとえば、電源１全体で３０％を出力する場合では、小出力電源モジュールＧＭ1およびＧＭ2がそれぞれ７５％出力で動作しており、残りの小出力電源モジュールＧＭ3〜ＧＭ5は０％出力で動作している。また、電源１全体で５０％を出力する場合では、小出力電源モジュールＧＭ2，ＧＭ3が７５％出力で動作し、小出力電源モジュールＧＭ1が１００％出力で動作しており、残りの小出力電源モジュールＧＭ4，ＧＭ5は０％出力で動作している。
比較のために、第１実施例で用いたものと同じ小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5を並列運転させる従来例を以下に示す。
図３では、小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5を全て等負荷運転させる場合であり、全体の電源の効率は、図１０の効率曲線の横軸を拡大するだけとなり、効率改善にはならない。この比較例では、効率曲線の左側（軽負荷時）には効率は低いままであるため、電源１全体の効率が低下する。
図４では、負荷が増大するにつれて、順次、使用する小出力電源モジュールの個数を増やすように制御するものであり、ＧＭ1が最大出力になったときにＧＭ2の駆動を開始させ、ＧＭ1とＧＭ2とが最大出力になったときにＧＭ3を新たに開始させる、という動作を行っている。この場合には、ｋ番目（ｋ＝１，２，３，４）のモジュールが最大出力となるより少し大きな出力を要求された時、ｋ＋１番目のモジュールは極小出力の状態となるので、効率の良い状態では運転ができない。このときの、効率特性を図５に示す。図５から明らかなように、動作する小出力電源モジュールの個数が増える時点（全体の出力を５等分する点）で効率が低下してしまい、電源１全体の効率が低下する。
〔第２実施例〕
第２実施例では、電源制御ユニット２の動作が第１実施例とは異なる
第１実施例では、小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5の全てが５０％から１００％の負荷変動に対して高い効率で対応する必要がある。すなわち、小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5には、５０％以上の出力時に、おしなべて高い効率が要求されることになる。また、第１実施例では、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２では、何れか２つの小出力電源モジュールが５０％以上、１００％未満の出力で動作し、残りの小出力電源モジュールが１００％または０％の出力で動作していればよく、また第３の制御モードＭＯＤＥ＿３では、何れか２つの小出力電源モジュールが５０％以上、１００％未満の出力で動作し、残りの小出力電源モジュールの全てが１００％で動作していればよい。
第２実施例では、この点に着目し、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２および第３の制御モードＭＯＤＥ＿３で、５０％以上、１００％未満の出力となる小出力電源モジュールを、常に特定の小出力電源モジュールとしている。
図６は、各制御モードＭＯＤＥ＿１，ＭＯＤＥ＿２，ＭＯＤＥ＿３における、小出力電源モジュールＧＭ1〜ＧＭ5の稼動状況を示す図である。この例では、電源１が、全体で４０％以上の出力を出すときにはＧＭ3が常に最大出力で動作し、全体で６０％以上のときはＧＭ3およびＧＭ4が、８０％以上のときはＧＭ3，ＧＭ4およびＧＭ5が最大出力となる。
こうすることで、ＧＭ3〜ＧＭ5の小出力電源モジュールは、１００％出力か０％出力かのいずれかになるので、途中の出力時の効率は問題とはならない。すなわち、５個の小出力電源モジュールのうち３個については、少なくとも１００％出力のときに効率が最大となるようなものを採用することができ、変動する負荷に対して効率を高くする必要が生じるのは、２個の小出力電源モジュールだけになる。こうして一層の高効率化の可能性と回路動作の簡単化が実現できる。このときの、効率特性を、図７に示す。図７から明らかなように、第２実施例では、電源１の負荷の変化の広い範囲にわたりきわめて高い効率が実現される。
【具体例】
図８は、実際に設計・製作した小出力電源モジュール（単体電源）の効率を表したものである。１つの小出力電源モジュールを５台を組み合わせ、全体で５倍の出力を実現した電源装置を製作し、図６に示した制御を行った。図９は電源全体の効率曲線である。
この具体例では、小出力電源モジュールは、定格出力電圧１５０Ｖ、定格出力電流１４Ａ、定格出力２．１ｋＷの直流電池であり、これを５台組み合わせて全体では、出力電圧１５０Ｖ、出力電流７０Ａ、出力１０．５ｋＷとした。小出力電源モジュール１つでは、４０％以上の出力時で効率が９０％を超えており、単体としても高効率を実現しているが、全体では８％以下の極く限られた軽負荷領域を除いた、非常に広い負荷領域で９０％を超えている。
こうして、非常に広い負荷領域の任意の点で高い効率を実現する電源が、本発明により可能となったことが分かる。
【発明の効果】
頻繁に負荷が変動する負荷装置、時々刻々変化する値が予想できない負荷装置、軽負荷時と重負荷時とで負荷の大きさが大幅に異なる負荷装置等に用いる電源について、広い負荷範囲にわたって電源全体を高い効率で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略を示す電源装置の構成図である。
【図２】第１実施例の各制御モードにおける、各小出力電源モジュールの稼動状況を示す図である。
【図３】各小出力電源モジュールを全て等負荷運転させる従来技術における、各小出力電源モジュールの稼動状況を示す図である。
【図４】負荷が増大するにつれて、順次使用する小出力電源モジュールの個数を増やすように制御する従来技術における、各小出力電源モジュールの稼動状況を示す図である。
【図５】図４の制御における効率特性を示すグラフである。
【図６】第２実施例の各制御モードにおける、小出力電源モジュールの稼動状況を示す図である。
【図７】図６の制御における効率特性を示すグラフである。
【図８】実際に設計・製作した小出力電源モジュール（単体電源）の効率を表したものである。
【図９】実際に設計・製作した電源の効率曲線である。
【図１０】一般的な電源の効率特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１００  電源装置
１  電源
２  電源制御ユニット
３  負荷
４  出力検出器
ＧＭ1〜ＧＭ5  小出力電源モジュール
ＭＯＤＥ＿１  第１の制御モード
ＭＯＤＥ＿２  第２の制御モード
ＭＯＤＥ＿３  第３の制御モード
【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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【図９】
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【図１０】
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