(57)【要約】【課題】複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続し、部品のばらつきがあっても各出力電流をバランスさせるにバランスさせる。【解決手段】本発明のスイッチング電源装置は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続したスイッチング電源装置であって、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、出力電流を電流検出素子で検出した電圧を増幅し出力電流信号を生成する差動増幅器と、自己の前記出力電流信号と他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した前記出力電流信号に応じて差分信号を補正する電流比較器とを備え、各ＤＣ／ＤＣコンバータが備える出力電流信号を生成する差動増幅器の最大のオフセット電圧に応じて、全ての出力電流信号を生成する差動増幅器の第１の入力と第２の入力のインピーダンスを変えることを特徴とする。【選択図】図１
2016154427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続したスイッチング電源装置であって、
前記それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータは、
出力電圧と基準電圧を比較して生成された誤差信号に応じてスイッチ素子をオンオフする制御回路と、
出力電流を電圧に変換する電流検出素子と、
前記電流検出素子に発生した電圧を第１の入力及び第２の入力間に入力しし出力電流信号を出力する差動増幅器と、
自己の出力電流信号と他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号の差分に応じて前記誤差信号を補正する電流比較器とを備え、
前記差動増幅器は、入力のオフセット電圧に応じて前記第１の入力のインピーダンスと前記第２の入力のインピーダンスとを異なる値に調整することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータが備える差動増幅器は、
前記それぞれの第１の入力のインピーダンスを同じ値に設定し、
前記それぞれの第２の入力のインピーダンスと同じ値に設定し、
且つ、前記第１の入力のバイアス電圧と前記第２の入力のバイアス電圧の差が、前記それぞれの差動増幅器の最大オフセット電圧より大きくなるように、前記第１の入力のインピーダンスと前記第２の入力のインピーダンスを設定することを特徴とする請求項１に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、出力を並列に接続した複数のスイッチング電源装置の出力電流をバランスさせる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続した大電流のスイッチング電源装置が使用される。このスイッチング電源装置は、電流バランス回路を用いて各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をバランスさせる。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力部に挿入した電流検出抵抗の両端に発生する電圧を、増幅器を用いて出力電流を検出し、同様に検出した他のスイッチング電源装置の出力電流とを差動増幅器で比較し、この差分を出力電圧制御回路の基準値に重畳させることで各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をバランスさせる電流バランス回路を使用したスイッチング電源装置がある（特許文献１）。スイッチング電源装置の出力電圧と、それぞれのスイッチング電源装置の出力電流の差分とで出力電圧を調整するので、各スイッチング電源装置の出力電流をバランスさせることができる。
【０００３】
しかし、スイッチング電源装置の出力部に挿入した電流検出抵抗で電流を検出すると、抵抗にロスが発生し、出力電流が大きい場合は効率を低下させる。また、電流検出抵抗は検出値のばらつきを防ぐため精度の高い抵抗を使う必要があるが、大電流を流し且つ精度の高い抵抗は、抵抗値を大きくすることが困難である。ところが、低い抵抗値の電流検出抵抗を用いると、軽負荷時に電流検出抵抗に発生する電圧が小さくなり、出力電流をバランスさせることができなくなることがある。主に電流検出抵抗の電圧を検出する増幅器のオフセット電圧に起因する。増幅器の入力にオフセットがあると、電流検出抵抗の電圧がオフセット電圧より小さい場合に出力電流を検出できず、バランスさせることができなくなる。この状態で負荷が急変し出力電流が増えると、出力電圧のダイナミック応答特性が悪くなることがある。
【０００４】
そこで、 複数のスイッチング電源装置を並列に接続し、軽負荷時には運転するスイッチング電源装置の台数を制限することが提案されている（特許文献２）。特許文献２が提案するＤＣ／ＤＣコンバータの並列運転装置は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを負荷に対して並列に接続した場合、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流がほぼ等しくなる並列運転可能なＤＣ／ＤＣコンバータを使用する。そして、出力端子から負荷に供給される総電流を検出し、総電流量に応じて動作させるＤＣ／ＤＣコンバータの個数を制御する。軽負荷の場合の電力変換効率の低下を防止することを目的とするが、運転しているＤＣ／ＤＣコンバータの台数を制限するので１台あたりの出力電流は増え、電流検出抵抗の電圧が小さくなることはないので、運転しているＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を容易にバランスさせることが可能となる。
【０００５】
また、軽負荷時の電流検出を精度よく行う発明が提案されている（特許文献３）。つまり、負荷に定電圧を印加することにより生じる負荷電流を、負荷電流検出抵抗を用いて検出する電源装置において、検出される負荷電流の量を基にして負荷電流検出抵抗の抵抗値を切換える。負荷電流検出抵抗の抵抗値を切換えるので、広範囲にわたって検出抵抗の電圧が適切な電圧になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６１０６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４２０１８号公報
【特許文献３】特開平１０−３０１６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２は、軽負荷の場合の電力変換効率の低下を防止することができると共に、電流検出抵抗の電圧が小さくなることはないので、運転しているＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をバランスさせることができる。しかし、軽負荷ではあるが運転しないＤＣ／ＤＣコンバータがあるので、各ＤＣ／ＤＣコンバータの寿命に差が出ることが考えられる。
【０００８】
また、特許文献３は、負荷電流検出抵抗の抵抗値を切換えるので、広範囲にわたって検出抵抗の電圧が小さくなることはく正確な電流検出を行えるが、回路が複雑になる。また、負荷の急変時の過渡応答が遅れる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、本発明のスイッチング電源装置は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を並列に接続したスイッチング電源装置であって、前記それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータは、出力電圧と基準電圧を比較した誤差信号に応じてスイッチ素子をオンオフする制御回路と、出力電流を電圧に変換する電流検出素子と、前記電流検出素子に発生した電圧を第１の入力及び第２の入力間に入力し出力電流信号を出力する差動増幅器と、自己の出力電流信号と他のＤＣ／ＤＣコンバータが生成した出力電流信号に応じて誤差信号を補正する電流比較器とを備え、前記差動増幅器は、入力のオフセット電圧に応じて前記第１の入力のインピーダンスと前記第２の入力のインピーダンスとを異なる値に調整することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明のスイッチング電源装置は、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータが備える差動増幅器の前記第１の入力のインピーダンスを同じ値に設定し、前記第２の入力のインピーダンスと同じ値に設定し、且つ、前記第１の入力のバイアス電圧と銭第２の入力のバイアス電圧の差が、前記それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータが備える差動増幅器の最大オフセット電圧より大きくなるように、前記第１の入力のインピーダンスと前記第２の入力のインピーダンスを設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスイッチング電源装置は、各ＤＣ／ＤＣコンバータが備える増幅器のオフセット電圧より大きい電圧でバイアスするので、電流検出素子に発生する電圧がオフセット電圧より低い場合でも、増幅器から出力電流信号を出力することができる。出力電流信号は、電流比較器によって自己の出力電流信号と他のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流信号を比較するのでバイアス電圧は相殺される。このため、増幅器に任意のバイアス電圧を印加しても差分信号に影響を与えることなく、各ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流をバランスさせることができる。バイアス電圧は各ＤＣ−ＤＣコンバータが備える増幅器の最大値より十分大きくすると、オフセットによるばらつきが発生することはない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のスイッチング電源装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に使用するバランス制御回路のブロック図である。
【図３】従来技術によるバランス回路の検出特性である。
【図４】本発明の実施例によるバランス回路の検出特性である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例を示すブロック図である。直流電源１に並列に第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ｂが接続される。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ｂは、それそれ出力電圧を検出する＋Ｓ端子及びーＳ端子を備え、＋Ｓ端子及びーＳ端子に入力される電圧に応じて出力電圧を調整する。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ｂの出力は、第１のバランス回路３−ａまたは第２のバランス回路３−ｂを介して並列に接続され負荷４に電力を供給する。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ｂと第１のバランス回路３−ａ及び第２のバランス回路３−ｂは同じ回路であり、同じ動作をする。そこで、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａ及び第１のバランス回路３−ａによってバランス回路の動作を説明する。
【００１４】
第１のバランス回路３−ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａの正側の出力と負荷４の間に挿入された電流検出抵抗３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａの出力間に挿入された抵抗３２及び抵抗３３の直列回路と、バランス制御回路３６を備える。バランス制御回路３６は、抵抗３２及び抵抗３２の接続点に接続される入力端子ＣＳ＋と、抵抗３４を介して電流検出抵抗３１と負荷４の接続点に接続される入力端子ＣＳ−と、出力端子ＣＳＯと、ＤＣ／ＤＣコンバータ２−ａの出力電圧検出端子＋Ｓと負荷４の正側間に挿入された抵抗３７の接続点に接続される出力端子ＡＤＪと、各ＤＣ／ＤＣコンバータの検出した出力電流を共通に接続する端子ＬＳから成る。入力端子ＣＳ−と出力端子ＣＳＯに接続される抵抗３５は電流検出アンプの帰還抵抗である。
【００１５】
バランス制御回路を図２に示す。入力端子ＣＳ＋は電流検出アンプの非反転入力端子に接続され、入力端子ＣＳ−は電流検出アンプの反転端子に接続される。出力端子ＣＳＯは電流検出アンプの出力端子に接続される。電流検出アンプの出力は、バスドライバを介して端子ＬＳに接続される。端子ＬＳには、さらにバスレシーバが接続される。バスレシーバは他のＤＣ／ＤＣの出力電流を示す信号を受ける。エラーアンプは電流検出アンプの出力とバスレシーバの出力を比較し、バッファを介して端子ＡＤＪに比較信号を出力する。
バランス制御回路は、市販の専用集積回路ロードシェア用の集積回路を利用しても良い。
【００１６】
このように接続されたバランス回路３−ａは以下のように動作する。出力電流によって電流検出抵抗３１に発生した電圧を電流検出アンプで検出する。この出力電流を、端子ＬＳから入力される他のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流とエラーアンプで比較し差分の信号を出力端子ＡＤＪに出力する。出力端子ＡＤＪはＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧検出端子に接続される。そこで、自己の出力電流が他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流より大きい時はＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧検出端子の電圧を下げ、逆に自己の出力電流が他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流より小さい時はＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧検出端子の電圧を上げるように作用する。このため、出力電流に応じて出力電圧が変化し、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をバランスさせる。
【００１７】
しかし、出力電流が１００Ａを超えるような大電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータでは、電流検出抵抗を大きくすると損失が大きくなる。そこで電流検出抵抗を小さくすると、軽負荷時には電流検出抵抗に発生する電圧が小さくなり、電流検出アンプのオフセット電圧より低くなることがある。例えば、抵抗３２と抵抗３４を同じ抵抗値に設定し、抵抗３３と抵抗３５を同じ抵抗値に設定する。電流検出アンプの第１の入力インピーダンスと第２の入力インピーダンスは同じ値になる。出力電流が１５０ＡのＤＣ／ＤＣコンバータの場合に、出力電流と端子ＬＳの電圧は、図３に示す結果となった。図３ａは、電流検出アンプにオフセットが無い状態であり、出力電流がゼロのとき端子ＬＳの電圧はゼロになり、出力電流の増加と共に端子ＬＳの電圧がリニアに変化する。しかし、電流検出アンプにオフセットがあると図３ｂまたは図３ｃのようになる。図３ｂは電流検出アンプのオフセットの影響で出力電流が流れていないのにもかかわらず端子ＬＳに電圧が発生する。図３ｃは電流検出抵抗に電流が流れているにもかかわらず端子ＬＳに電圧が発生しない。実施例の場合は、図３ｂと図３ｃ特性を示すＤＣ／ＤＣコンバータを組み合わせて並列運転すると、出力電流１０Ａ程度で電流検出アンプのオフセット電圧の影響により各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をバランスさせることができない。
【００１８】
これに対し、抵抗３２と抵抗３４を同じ抵抗値に設定し、抵抗３３は抵抗３５より大きい抵抗値に設定すると、図４に示すようになる。電流検出アンプにオフセットのばらつきがあっても出力電流がゼロのときから端子ＬＳには電圧が発生し、出力電流の増加と共に端子ＬＳの電圧はリニアに変化する。この場合は、出力電流が流れていないときも、端子ＬＳに電圧が発生するが、自己の出力電流検出値と他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流検出値をエラーアンプで比較し、その差分で各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をバランスさせるので、各ＤＣ／ＤＣコンバータが備える電流検出アンプのそれぞれの第１の入力インピーダンスを同じ値にし、且つそれぞれの第２の入力インピーダンスを同じ値にすると、第１の入力インピーダンスと第２の入力インピーダンスを変えたことによって端子ＬＳに生じる電圧シフトは相殺され影響することが無い。つまり、各ＤＣ／ＤＣコンバータが備える電流検出アンプの第１の入力インピーダンスを同じ値にし、且つ第２の入力インピーダンスを同じ値とすれば、任意の値に設定しても影響がない。従って、第１の入力インピーダンスと第２の入力インピーダンスを異ならせたことによって生じる端子ＬＳの電圧シフトをオフセット電圧より十分大きな値に設定すると、オフセットの影響のないバランス回路とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列に接続するスイッチング電源装置に最適である。
【符号の説明】
【００２０】
１    直流電源
２−ａ、２−ｂ    ＤＣ／ＤＣコンバータ
３−ａ、３−ｂ    バランス回路
４    負荷
３１，３２，３３，３４，３５，３７    抵抗
３６  バランス制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016154427.tif 000005
【図４】
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