JP4792804B2

JP4792804B2 - 電源装置

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Publication number: JP4792804B2
Application number: JP2005132831A
Authority: JP
Inventors: 友和佐々木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP2006311739A

Description

本発明は、例えばシステムサーバ等に使用して好適な電源装置に関する。

一般に、システムサーバ等に使用される電源装置は、サーバの動作の信頼性を上げるため、並列運転を行うようにした電源装置が使用されている。

斯かる、並列運転の電源装置においては、出力電力の安定化供給が要求されている。従来、安定した出力電力を供給する並列運転の電源装置として、図３に示す如きものが提案されている。図３は、２個の同じＤＣ−ＤＣコンバータを使用した電源回路１及び２を並列運転するようにしたものである。

図３において、３ａ及び３ｂは夫々出力直流電圧を制御するようになされたＤＣ−ＤＣコンバータを示し、このＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの一方の出力端子４ａ１及び４ｂ１を夫々逆流防止用のｎ形の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のソースに接続し、この電界効果トランジスタの夫々のドレインを負荷６に接続する出力コネクタ７ａ及び７ｂの夫々の一方の端子７ａ１及び７ｂ１に接続する。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の他方の出力端子４ａ２及び４ｂ２を夫々の出力コネクタ７ａ及び７ｂの夫々の他方の端子７ａ２及び７ｂ２に接続する。また、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース側即ちＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の一方の出力端子４ａ１及び４ｂ１に得られる電圧を検出電圧として例えばパルス幅変調回路（ＰＷＭ回路）等より成るＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の出力直流電圧を制御する制御回路８ａ及び８ｂに供給する。

この逆流防止用の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース側即ちＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの一方の出力端子４ａ１及び４ｂ１に得られる電圧を検出電圧としたのは一方の電源回路１又は２が動作中に他方の電源回路２又は１を起動することができるようにするためである。即ち、電源回路１及び２の並列運転を良好に行うことができるようにするためである。

また、この電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース側に得られる電圧を電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのオン・オフ制御増幅回路を構成する演算増幅回路９ａ及び９ｂの非反転入力端子＋に供給すると共にこの電界効果トランジスタ5ａ及び５ｂの夫々のドレイン側の電圧をこの演算増幅回路９ａ及び９ｂの反転入力端子−に供給し、この演算増幅回路９ａ及び９ｂの夫々の出力端子に得られる出力信号を夫々抵抗器１０ａ及び１０ｂを介して電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のゲートに供給する。

この場合、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのドレイン側の電圧がソース側の電圧よりも高いときは、この電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂをオフとして、良好の電源回路１及び２の並列運転ができるようにし、この電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのドレイン側の電圧がソース側の電圧よりも低いときは、この電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂをオンとし負荷６に電源を供給する。

また、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース側の電圧を電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のドレイン−ソース間の電位差を補正する電位差補正回路を構成する演算増幅回路１１ａ及び１１ｂの反転入力端子−に供給すると共にこの電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのドレイン側の電圧をこの演算増幅回路の非反転入力端子＋に供給し、この演算増幅回路１１ａ及び１１ｂの出力側に得られる電位差補正信号を上述検出電圧と共に制御回路８ａ及び８ｂに供給する。

この電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース側を電解コンデンサ１２ａ及び１２ｂと抵抗器１３ａ及び１３ｂとの並列回路を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の他方の出力端子４ａ２及び４ｂ２に接続し、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのドレイン側を抵抗器１４ａ及び１４ｂとコンデンサ１５ａ及び１５ｂとの並列回路を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の他方の出力端子４ａ２及び４ｂ２に接続する。

また、図３において、１６ａ及び１６ｂは夫々出力コネクタ７ａ及び７ｂに接続される並列接続された負荷６の入力コネクタである。

図３の従来例においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の出力電源ラインに逆流防止用の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂを設け、この電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース側の電圧を検出電圧として出力直流電圧を制御すると共にこの電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのドレイン−ソース間の電位差を補正する電位差補正回路を設けたので電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのオン抵抗、温度特性等のばらつきを吸収することができ、安定した出力電力を供給することができる。

また、特許文献１には、逆流防止ダイオードを内蔵して並列運転するようにした電源装置が記載され、また特許文献２には、ＭＯＳ−ＦＥＴを制御手段として用いた並列運転直流電源の選択遮断回路が記載されている。
特開平８−９５６４９号公報特開平８−２８０１３４号公報

ところで、最近サーバの大容量化に伴い、電源装置に求められる出力電力も高電力になっており、負荷６に高電力の安定した出力電力を供給するという要求の中で、急激な負荷変動に対する検出電圧の応答性に対する改善が求められている。

然しながら、図３に示す従来の電源装置では、急激な負荷変動の検出を逆流防止用の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのインピーダンスを介して行っており、この分応答性の遅れを生じると共にこの図３に示す従来の電源装置では、安定した出力電力の供給と、並列運転を弊害なく行うために、逆流防止用の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のソース側の検出電圧によるＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの制御と、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のドレイン−ソース間の電位差による電位差補正信号によるＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの制御との２つの電圧制御を行っているので、急激な負荷変動に対する出力直流電圧の応答性を上げるのは困難であった。

また、特許文献１及び２にも急激な負荷変動に対する出力直流電圧の応答性を上げるようにしたことについては何等記載されていない。

本発明は、斯かる点に鑑み、出力電力の安定供給と並列運転とを弊害なく行うと共に急激な負荷変動に対する出力直流電圧の応答性を改善することを目的とする。

本発明電源装置は、夫々の制御回路により出力直流電圧が制御される並列接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの夫々の出力電源ラインに逆流防止用の第１の電界効果トランジスタが夫々接続された電源装置において、夫々の第１の電界効果トランジスタのオン・オフ制御増幅回路を構成する第１の演算増幅回路と、夫々の第１の電界効果トランジスタの負荷側となる夫々のドレイン側の電圧と夫々の第１の電界効果トランジスタの夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの出力側となる夫々のソース側の電圧とを夫々比較する比較回路を構成する第２の演算増幅回路と、夫々の第２の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号がゲートに供給される第２の電界効果トランジスタとを有し、夫々の第１の電界効果トランジスタのソース側に得られる電圧をその第１の電界効果トランジスタのオン・オフ制御増幅回路を構成する第１の演算増幅回路の非反転入力端子の一方に供給すると共に、その第１の電界効果トランジスタのドレイン側の電圧をこの第１の演算増幅回路の反転入力端子の他方に供給し、この第１の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号を抵抗器を介してその第１の電界効果トランジスタのゲートに供給するようになされ、夫々のソース側の電圧が高いときには夫々の第１の電界効果トランジスタをオンとするとともに夫々のドレインの検出電圧に応じて夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの夫々の出力直流電圧を制御し、夫々のドレイン側の電圧が高いときには夫々の電界効果トランジスタをオフとするとともに、夫々の比較回路を構成する第２の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号で、夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの出力側に接続された夫々の第２の電界効果トランジスタをオンさせて、夫々の第１の電界効果トランジスタのソース側の電圧を夫々の制御回路に供給することで、夫々の制御回路で夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの夫々の出力直流電圧を制御するようにしたものである。

本発明によれば、逆流防止用の夫々の電界効果トランジスタの負荷側となる夫々のドレイン側の電圧と夫々の電界効果トランジスタの夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの出力側となる夫々のソース側の電圧とを夫々の比較し、夫々のソース側の電圧が高いときには夫々のドレイン側の検出電圧に応じて夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの夫々の出力直流電圧を制御し、夫々のドレイン側の電圧が高いときには夫々のソース側の検出電圧に応じて夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの夫々の出力直流電圧を制御するようにしたので、一方の電源回路が動作中に他方の電源回路を起動することができ、並列運転を弊害なく行うことができる。

また、本発明においては、通常動作中は夫々の電界効果トランジスタの夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの出力側である夫々のソース側の電圧が負荷側であるドレイン側の電圧より夫々の電界効果トランジスタのインピーダンスによる電圧降下分だけ高いので、夫々の電界効果トランジスタのドレイン側の検出電圧で夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの出力直流電圧を制御し、この電界効果トランジスタのソース−ドレイン間の電位差を補正する制御を必要とすることなく出力直流電圧の安定化を図ることができると共に電圧制御系を１つとすることにより、制御系１つ分の応答性の遅れとでき、更に夫々の電界効果トランジスタのインピーダンスによる応答性の遅れが解消でき、急激な負荷変動に対する出力直流電圧の応答性が改善される。

以下、図１及び図２を参照して、本発明電源装置を実施するための最良の形態の例につき説明する。図１において、図３に対応する部分には同一符号を付して示す。

図１例２個の同じＤＣ−ＤＣコンバータを使用した電源回路１及び２を並列運転するようにしたものである。
図１において、３ａ及び３ｂは夫々出力直流電圧を制御するようになされたＤＣ−ＤＣコンバータを示し、このＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの一方の出力端子４ａ１及び４ｂ１を夫々逆流防止用のｎ形の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のソースに接続し、この電界効果トランジスタの夫々のドレインを負荷６に接続する出力コネクタ７ａ及び７ｂの夫々の一方の端子７ａ１及び７ｂ１に接続する。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の他方の出力端子４ａ２及び４ｂ２を夫々の出力コネクタ７ａ及び７ｂの夫々の他方の端子７ａ２及び７ｂ２に接続する。また、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのドレイン側即ち負荷６側に得られる電圧を検出電圧として例えばパルス幅変調回路（ＰＷＭ回路）等より成るＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の出力直流電圧を制御する制御回路８ａ及び８ｂに供給する。

また、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース側の電圧を接続スイッチを構成するｎ形電界効果トランジスタ１７ａ及び１７ｂの夫々のドレインに供給する。この電界効果トランジスタ１７ａ及び１７ｂの夫々のソースに得られる電圧を制御回路８ａ及び８ｂに夫々供給する。

本例においては、この電界効果トランジスタ１７ａ及び１７ｂがオンのときは、この逆流防止用の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のソース側の電圧を検出電圧として制御回路８ａ及び８ｂに供給し、この制御回路８ａ及び８ｂはこのソース側の電圧でＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の出力直流電圧を制御し、この電界効果トランジスタ１７ａ及び１７ｂがオフのときは、この制御回路８ａ及び８ｂは電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のドレイン側の検出電圧で、ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の出力直流電圧を制御するようにする。

また、本例においては、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース側の電圧を比較回路を構成する演算増幅回路１８ａ及び１８ｂの反転入力端子−に供給すると共にこの電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのドレイン側の電圧をこの演算増幅回路１８ａ及び１８ｂの非反転入力端子＋に供給する。

この演算増幅回路１８ａ及び１８ｂの出力信号を接続スイッチを構成する電界効果トランジスタ１７ａ及び１７ｂに供給する。従って、本例においては、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のソース側の電圧がドレイン側の電圧より高いときには、電界効果トランジスタ１７ａ及び１７ｂはオフとなり、制御回路８ａ及び８ｂは夫々ドレイン側の検出電圧で制御される。

また、本例においては、電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のドレイン側の電圧がソース側の電圧より高いときには、逆流防止用の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂは夫々オフとなると共に電界効果トランジスタ１７ａ及び１７ｂはオンとなり、制御回路８ａ及び８ｂは電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のソース側の検出電圧で制御される。

また、図１において、１６ａ及び１６ｂは夫々出力コネクタ７ａ及び７ｂに接続される並列接続された負荷６の入力コネクタである。

本例によれば、逆流防止用の夫々の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの負荷側となる夫々のドレイン側の電圧と夫々の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの出力側となる夫々のソース側の電圧とを夫々の比較し、夫々のソース側の電圧が高いときには夫々のドレイン側の検出電圧に応じて夫々のＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の出力直流電圧を制御し、夫々のドレイン側の電圧が高いときには夫々のソース側の検出電圧に応じて夫々のＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの夫々の出力直流電圧を制御するようにしたので、一方の電源回路が動作中に他方の電源回路を起動することができ、並列運転を弊害なく行うことができる。

即ち、本例によれば、起動時は逆流防止用の電界効果トランジスタ５ａ又は５ｂのソース側の電圧がドレイン側の電圧より低いにで、接続スイッチを構成する電界効果トランジスタ１７ａ又は１７ｂがオンとなり、電界効果トランジスタ５ａ又は５ｂのソース側の電圧を検出電圧としてＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ又は３ｂの出力直流電圧を制御する。

このときは、電界効果トランジスタ５ａ又は５ｂのソース側の電圧がドレイン側の電圧より低いので、この電界効果トランジスタ５ａ又は５ｂはオフであり、動作中の電源回路１又は２の影響を受けずに並列運転の起動を行うことができる。

このＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ又は３ｂの出力直流電圧が立ち上がる途中で、図２Ｂに示す如く、この電界効果トランジスタ５ａ又は５ｂのソース側電圧Ｖ１がドレイン側電圧Ｖ２と比較して同電位以上になると、図２ＡのＥ点に示す如く、電界効果トランジスタ１７ａ又は１７ｂをオフさせ電界効果トランジスタ５ａ又は５ｂのドレイン側の電圧Ｖ２を検出電圧として、ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ又は３ｂの出力直流電圧を制御するようにすると同時に電界効果トランジスタ５ａ又は５ｂをオンとし、ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ又は３ｂの出力直流電圧を負荷６に供給する如くする。

また、本例においては、通常動作中は夫々の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂの夫々のＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの出力側である夫々のソース側の電圧が負荷６側であるドレイン側の電圧より夫々の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのインピーダンスによる電圧降下分だけ高いので、夫々の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのドレイン側の検出電圧で夫々のＤＣ−ＤＣコンバータ３ａ及び３ｂの出力直流電圧を制御し、この電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのソース−ドレイン間の電位差を補正する制御を必要とすることなく出力直流電圧の安定化を図ることができると共に電圧制御系を１つとすることにより、制御系１つ分の応答性の遅れとでき、更に夫々の電界効果トランジスタ５ａ及び５ｂのインピーダンスによる応答性の遅れが解消でき、急激な負荷変動に対する出力直流電圧の応答性が改善される。

尚、上述例は、２つの電源回路１及び２を並列運転する例につき述べたが、本発明を３つ以上の電源回路を並列運転する場合にも適用できることは勿論である。

また、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明電源装置を実施するための最良の形態の例を示す構成図である。本発明の説明に供する線図である。従来の電源装置の例を示す構成図である。

符号の説明

１、２…電源回路、３ａ、３ｂ…ＤＣ−ＤＣコンバータ、５ａ、５ｂ、１７ａ、１７ｂ…電界効果トランジスタ、６…負荷、７ａ、７ｂ…出力コネクタ、８ａ、８ｂ…制御回路、９ａ、９ｂ、１８ａ、１８ｂ…演算増幅回路、１６ａ、１６ｂ…入力コネクタ

Claims

制御回路により出力直流電圧が制御されるＤＣ−ＤＣコンバータの出力電源ラインに逆流防止用の第１の電界効果トランジスタが接続された電源装置において、
前記第１の電界効果トランジスタのオン・オフ制御増幅回路を構成する第１の演算増幅回路と、
前記第１の電界効果トランジスタの負荷側となるドレイン側の電圧と前記第１の電界効果トランジスタの前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側となるソース側の電圧とを比較する比較回路を構成する第２の演算増幅回路と、該第２の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号がゲートに供給される第２の電界効果トランジスタとを有し、
前記第１の電界効果トランジスタのソース側に得られる電圧を該第１の電界効果トランジスタのオン・オフ制御増幅回路を構成する前記第１の演算増幅回路の非反転入力端子の一方に供給すると共に、該第１の電界効果トランジスタのドレイン側の電圧を前記第１の演算増幅回路の反転入力端子の他方に供給し、該第１の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号を抵抗器を介して該第１の電界効果トランジスタのゲートに供給するようになされ、
前記ソース側の電圧が高いときには前記第１の電界効果トランジスタをオンとするとともに前記ドレインの検出電圧に応じて前記制御回路が前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力直流電圧を制御し、前記ドレイン側の電圧が高いときには前記第１の電界効果トランジスタをオフとするとともに、前記比較回路を構成する第２の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号で、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側に接続された第２の電界効果トランジスタをオンさせて、前記第１の電界効果トランジスタのソース側の電圧を前記制御回路に供給することで、前記制御回路で前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力直流電圧を制御する
電源装置。
夫々の制御回路により出力直流電圧が制御される並列接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータの夫々の出力電源ラインに逆流防止用の第１の電界効果トランジスタが夫々接続された電源装置において、
前記夫々の第１の電界効果トランジスタのオン・オフ制御増幅回路を構成する第１の演算増幅回路と、
前記夫々の第１の電界効果トランジスタの負荷側となる夫々のドレイン側の電圧と前記夫々の第１の電界効果トランジスタの前記夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの出力側となる夫々のソース側の電圧とを夫々比較する比較回路を構成する第２の演算増幅回路と、該夫々の第２の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号がゲートに供給される第２の電界効果トランジスタとを有し、
前記夫々の第１の電界効果トランジスタのソース側に得られる電圧を該第１の電界効果トランジスタのオン・オフ制御増幅回路を構成する前記第１の演算増幅回路の非反転入力端子の一方に供給すると共に、該第１の電界効果トランジスタのドレイン側の電圧を前記第１の演算増幅回路の反転入力端子の他方に供給し、該第１の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号を抵抗器を介して該第１の電界効果トランジスタのゲートに供給するようになされ、
前記夫々のソース側の電圧が高いときには前記夫々の第１の電界効果トランジスタをオンとするとともに前記夫々のドレインの検出電圧に応じて前記制御回路が前記夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの夫々の出力直流電圧を制御し、
前記夫々のドレイン側の電圧が高いときには前記夫々の第１の電界効果トランジスタをオフとするとともに、前記夫々の比較回路を構成する第２の演算増幅回路の出力端子に得られる出力信号で、前記夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの出力側に接続された前記夫々の第２の電界効果トランジスタをオンさせて、前記夫々の第１の電界効果トランジスタのソース側の電圧を前記夫々の制御回路に供給することで、前記夫々の制御回路で前記夫々のＤＣ−ＤＣコンバータの出力直流電圧を制御する
電源装置。