JPH0241632A - 多重化電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は安定化電源装置に係り、特に複数の安定化電源
装置を組合せて構成した多重化電源システムに関する。

（従来の技術） 近年、安定化電源装置の動作をより安定に保つため、同
じ構成の安定化電源装置を２組もしくはそれ以上組合せ
、共通の負荷に対して出力電流を供給できるよう構成し
てなる多重化電源システムが普及している。

一般にこの多重化電源システムは次のように構成されて
いる。

第３図はこの多重化電源システムの構成を示す図である
。

同図において、］００は第１のスイッチング電源装置、
２００は第２のスイッチング電源装置、３００は各スイ
ッチング電源装置１００，２００の切換制御等を行うコ
ントローラである。

そして第１のスイッチング電源装置’１．００と第２の
スイッチング電源装置２００はそれぞれ同一の構造とさ
れている。

各スイッチング電源装置１００，２００において、１は
フィルタ、２は整流回路、Ｒ１は平滑コンデンサ、３は
スイッチング用のトランジスタ、４はトランス、５はス
ナバ回路、６はトランジスタ４のスイッチング動作を制
御する制御回路、Ｒ１はスイッチング用のトランジスタ
３のエミッタ側に接続された抵抗である。

またＤ１〜Ｄ６はそれぞれトランス４の二次側に接続さ
れた整流ダイオードであり、このうちＤ３、Ｄ６は負荷
側からの電流の逆流を防止するためのものである。

さらにＬＬ、Ｒ２およびＣ２、Ｃ３は入力電流のリップ
ルを圧縮するための平滑回路を構成するチョークコイル
および平滑コンデンサ、７．８はそれぞれ一次側と二次
側との絶縁をとりながら各二次側出力部の電圧を取出し
て制御回路６に出力するための絶縁用フォトカプラ、Ｒ
３、Ｒ４はそれぞれ負荷側の抵抗である。

次にこの多重化電源システムの動作について説明する。

通常の動作においては、第１および第２のスイッチング
電源装置１００．２００が同じ動作を次のように行う。

まず各スイッチング電源装置１００．２００の入力部に
商用ＡＣ１００Ｖ電源か投入されると、電流はフィルタ
１を介して整流回路２に入力されて全波整流が行われる
。これにより平滑コンデンサＣ１に約１４０Ｖに対する
電荷か蓄積される。

平滑コンデンサＣＩに充分な電荷か蓄積されると、制御
回路６は、スイッチング用トランジスタ３のスイッチン
グ動作を開始する。

スイッチング用トランジスタ３がＯＮの状態において、
平滑コンデンサＣＩに蓄積された電荷は、トランス４の
一次側コイルに電流となって流れ、これによりトランス
４の各二次側コイルに整流ダイオードＤ１、Ｄ４を導通
ずる方向の電流が流れる。

またスイッチング用トランジスタ３かＯＦＦの状態にお
いては、スナバ回路５による一次側コイルに蓄積された
エネルギの消費により、二次側コイルに整流ダイオード
Ｄ２　、Ｄ５を導通する方向の電流が流れる。

これにより各二次側回路に継続的に電流が流れる。

この後、各二次側回路に流れた電流のリップルを、チョ
ークコイルＬｌ、Ｒ２および平滑コンデンサＣ２、Ｃ３
から構成された平滑回路において圧縮し、これにより得
られた定電圧が負荷に与えられる。

一方、各二次側回路において得られた定電圧は、それぞ
れ逆流防止用ダイオードＤ３、Ｄ６のアット側から取出
され、絶縁用フォトカプラ７．８を介して制御回路６に
送られる。

制御回路６は、各二次側回路から負荷に与えられる電圧
が常に一定になるよう各二次側回路からフィードバック
された電圧に基づいてスイッチング用のトランジスタ３
のベースに出力すべきパルスオン幅を制御する。

そして何らかの異常発生により、二次側回路から送られ
てきた電圧が、予め設定された値より高くなった場合（
例えば＋　５Ｖが＋７■、＋１２■が＋１５Ｖ）または
低くなった場合（例えば＋　５■が＋４．２Ｖ、　＋１
．２Ｖが＋ｌＯ，５Ｖ）　、制御回路６からその旨を伝
える信号かコントローラ３００に出力される。

コントローラ３００はこの信号を受けて第１のスイッチ
ング電源装置１００の制御回路６にパワＯＦＦ信号を送
り、この第１のスイッチング電源装置１００の動作を停
止させて第２のスイッチング電源装置２００における動
作のみを継続させる。

ところでこの多重化電源システムでは、第１のスイッチ
ング電源装置１００の動作か停止し、第２のスイッチン
グ電源装置２００のみの動作が継続されても、負荷側か
ら第１のスイッチング電源装置１００への電流の逆流は
逆流防止用のダイオードＤ３、Ｄ６によって阻止するこ
とができる。

また第１のスイッチング電源装置１００における整流ダ
イオードＤ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、コンデンサＣ２、Ｃ
３のいずれかがショートした場合でも、出力電圧はａ点
、０点で低下するが、逆流防止用のダイオードＤ３、Ｄ
６の働きにより、第２のスイッチンク電源装置２００側
の動作には影響がない。またその逆の場合においても同
様である。

しかしながら、上述の如〈従来からの多重化電源システ
ムでは、二次側回路部品の故障時における正常な動作を
保証するため逆流防止用のダイオドを用いることが必要
不可欠ではあるものの、この逆流防止用ダイオードは、
例えば＋　５■の出力電圧に対して０．６■程度の電圧
低下を招いてしまうことから、それたけ余分な電力が必
要となり、負荷に与えられる電圧にも変動が生じ易くな
るという問題があった。

（発明か解決しようとする課題） このように、従来からの多重化電源システムでは、負荷
側から二次側回路への電流の逆流を防止するため、逆流
防止用ダイオードは構成の一つとして欠くことができな
いものであったか、この逆流防止用ダイオードにより余
分に消費される電力か大であるため効率が悪いという問
題があった。

本発明は上述した従来からの多重化電源システムにおけ
る課題を解決するためのもので、無駄な電力を費すこと
なく、二次側回路部品の故障発生時における負荷側から
の電流の逆流を阻止することのできる多重化電源システ
ムの提供を目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の多重化電源システムは上記した目的を達成する
ために、変圧トランスを挟んだ一次側回路および二次側
回路を有し、一次側回路における電流から二次側回路に
おいて安定化された直流を得てこれを負荷に供給する安
定化電源装置を複数備え、これらの安定化電源装置をそ
れぞれ共通の負荷に対して直流の供給を行えるよう多重
化して構成した多重化電源システムにおいて、負荷側か
ら二次側回路への電流の逆流を検出する検出手段と、こ
の検出手段により電流の逆流が検出されたとき、二次側
回路を開いてこの二次側回路への電流の逆流を阻止する
逆流阻止手段とを具備したものである。

（作　用） 本発明の多重化電源システムでは、逆流阻止手段が、検
出手段により電流の逆流が検出されたとき、その二次側
回路を開いて電流の逆流を阻止するので、無駄な電力を
費すことなく、二次側回路部品の故障発生時における負
荷側からの電流の逆流を阻止することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の多重化電源システムの構成
を示す回路図である。

同図において、４００は第１のスイッチング電源装置、
５００は第２のスイッチング電源装置であり、これら各
スイッチング電源装置４００．５００はそれぞれ同一の
構造からなっている。

すなわち各スイッチング電源装置４００，５００におい
て、］１はフィルタ、１２はフィルター１を通過した商
用ＡＣ１００Ｖを整流する整流回路、Ｃ１は整流後の電
荷を蓄積する平滑コンデンサ、１３はスイッチング用ト
ランジスタ、１４は単入多出型のトランス、１５はスイ
ッチング用トランジスタ１３のＯＦＦ時にトランス１４
の一次側コイルに蓄積されたエネルギを消費するスナバ
回路、１６はスイッチング用トランジスタ１３のパルス
オン幅の制御や異常発生時における動作停止の制御等を
行う制御回路である。

またＲ１はスイッチング用トランジスタ１３のエミッタ
側に接続された抵抗、Ｄ１〜Ｄ４はそれぞれトランスコ
４の二次側に接続された整流ダイオード、Ｌｌ、Ｒ２お
よびＣ２、Ｃ３はトランス１４の二次側コイルで生じた
電流のリップルを圧縮するための平滑回路を構成するチ
ョークコイルおよび平滑コンデンサ、Ｒ２、Ｒ３はそれ
ぞれ負荷側から二次側回路への電流の逆流を検出するた
めに必要な抵抗である。

さらに］、７．１８はそれぞれ＋　５ｖ出力側の抵抗Ｒ
２を挟んたＡ点とＢ点、＋１２Ｖ出力側の抵抗Ｒ３を挾
んだ６点とＤ点との電位をそれぞれ比較して、負荷側の
Ａ点、６点が高かった場合に「ＨｉＪレベル信号を出力
する逆流検出手段である作動増幅器、１つは各作動増幅
器１７．１８からそれぞれ出力された信号の論理和をと
るＯＲ回路、２０は一次側と二次側との絶縁をとりなが
ら＋５Ｖ出力部で得られた電圧を制御回路１６のＡ／Ｄ
変換部（後述する）に送るための第１の絶縁用フォトカ
プラ、２１は一次側と二次側との絶縁をとりながらＯＲ
回路１つからの出力信号を制御回路１６に送るための第
２の絶縁用フォトカプラである。

またさらにＦＩ、Ｆ２はそれぞれ＋　５Ｖ、＋１２Ｖの
二次側回路に介挿されたフユーズ、Ｄ５、Ｒ６、Ｃ４お
よび２２はそれぞれＯＲ回路１９から出力された信号に
基づいて、フユーズＦ１、Ｆ２に急激な電流を供給する
ことによりこれらを切断する回路を構成する整流ダイオ
ード、抵抗、コンデンサおよびトランジスタである。

なおＲ４、Ｒ５はそれぞれ負荷側の抵抗である。

次に上述した制御回路１６の構成について説明する。

３０は制御回路］６を統括的に制御するマイクロコンピ
ュータ、３１はマイクロコンピュータ３０により実行さ
れる制御プログラム等か記憶されたＲＯＭ、３２はマイ
クロコンピュータ３０の作業用領域等として用いられる
ＲＡＭ、３３はスイッチング用トランジスタ１３のエミ
ッタ側におけるＥ点の電圧や、第１の絶縁用フォトカプ
ララ２０からの出力電圧を８ビツトからなるディジタル
ブタに変換するＡ／Ｄ変換器、３４はＡ／Ｄ変換器３３
から出力されたディジタルデータを保持する第１の　８
ビツトレジスタである。

また３５はスイッチング用トランジスタ１３のベースに
駆動パルスを出力するドライバ、３６はこの制御回路１
６からの出力データを他方のスイッチング電源装置の制
御回路１６に送信するためのインタフェースドライバ、
３７は他方のスイ・ソチング電源装置の制御回路１６か
ら出力されたブタを受信するインタフェースレシーバ、
３８は異常発生を光の点滅で知らせるための発光ダイオ
ド、３９は各種の人出力信号か保持される第２の　８ビ
ツトレジスタである。

この第２の　８ビットレジスタ３９の第０ビットにはイ
ンタフェースドライバ３６から送信すべき信号か、第Ｘ
ビットにはインタフェースレシーバ３７において受信さ
れた信号がそれぞれ保持される。また第２ビツトには発
光ダイオード３８に出力される信号が、第４ビットには
ドライバ３５に出力される信号がそれぞれ保持される。

さらに第７ビツトには第２の絶縁用フォトカプラ２１を
介してＯＲ回路１９から出力された信号が保持される。

次に以上のように構成された多重化電源システムの動作
について説明する。

まず各スイッチング電源装置４００，５００の入力部に
商用ＡＣ１００Ｖ電源が投入されると、電流はフィルタ
１１を介して整流回路１２に入力され、これにより全波
整流か行われて平滑コンデンサＣＩに約１４０Ｖに対す
る電荷か蓄積される。

ここで、制御回路］６は、スイッチング用ｌ・ランジス
タ１Ｂにおけるスイッチング動作を開始す］　３ る。

このスイッチング用トランジスタ］３がＯＮの状態にお
いて、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電荷は、トラン
ス１４の一次側コイルに電流となって流れ、これにより
トランス１４の各二次側コイルに整流ダイオードＤ１、
Ｄ３、Ｄ５を導通ずる方向の電流が流れる。

またスイッチング用トランジスタ］３がＯＦＦの状態に
おいては、スナバ回路１５による一次側コイルに蓄積さ
れたエネルギの消費により、二次側コイルに整流ダイオ
ードＤ２　、Ｄ４を導通ずる方向の電流が流れる。

これにより各二次側回路に継続的な電流が流れる。

この後、各二次側回路に流れた電流のり・ソプルを、チ
ョークコイルＬＬ、Ｒ２および平滑コンデンサＣ２、Ｃ
３から構成された平滑回路において圧縮し、これにより
定電圧か負荷に与えられる。

一方、＋５Ｖ側の二次側回路に生じた電圧は、第１の絶
縁用フォトカプラ２０を介して制御回路１６のＡ／Ｄ変
換器３３に送られる。

Ａ／Ｄ変換器３３は入力された電圧を８ピツＩ・のディ
ジタルデータに変換する。

変換されたデータは第１の　８ビツトレジスタ３４に保
持される。

この後、マイクロコンピュータ３０は、第１の８ビット
レジスタ３４に保持されたデータに基づいて、第２の８
ビツトレジスタ３９の第４ビツトにセットする信号の制
御を行い、トライバ３５を介してスイッチング用トラン
ジスタ１３のベースに出力されるパルスオン幅を決める
。

これにより二次側回路で得られた電圧の変動に応じたス
イッチング用トランジスタ１３のスイ・ソチング制御か
行われる。

そして何らかの異常により、＋５Ｖの二次側回路に生じ
た電圧が予め設定された値より高くなった場合（例えば
＋　５■か＋　７■、＋１２■か＋１５■）または低く
なった場合（例えば＋　５■か＋４．２Ｖ。

＋１２■か＋１．０．５Ｖ）、マイクロコンピュータ３
０は自身のスイッチング電源装置の動作を停止させて他
方のスイッチング電源装置における動作のみを継続させ
る。

次に、第１のスイッチング電源装置４００における二次
側回路の整流ダイオードＤ１、Ｄ２、コンデンサＣ２の
いずれかがショートした場合の動作を説明する。

この場合、二次側回路におけるＢ点の電位が急激に下が
り、抵抗Ｒ２を挟んで負荷側のＡ点の電位がＢ点より高
くなる。

この結果、作動増幅器１７よりｌ”ＨｉＪレベル信号が
出力されてＯＲ回路１９からｒＨｉＪ　レベル信号が出
力される。

ＯＲ回路１９からの信号は、第２の絶縁用フォトカプラ
２１を介して、制御回路１６における第２の　８ピツ］
・レジスタ３９の第７ビツトにセットされる。

一方、ＯＲ回路］９の出力は同時にフユーズ切断回路に
おけるトランジスタ２２のベースに入力される。

この結果、トランジスタ２２はＯＮとなり、トラ］６ ンス１４の二次側コイルから整流ダイオードＤ５および
抵抗Ｒ４を介して電流が供給されることによりコンデン
サＣ３に蓄積されていた電荷か、トランジスタ２２を介
して各二次側回路のフユーズＦ１、Ｆ２に急激な電流と
なって流れ、これにより各フユーズＦｌ、Ｆ２が切断さ
れる。

これと同１時にマイクロコンピュータ３０は、スイッチ
ング用トランジスタ１３へのオンパルス出力を停止して
第１のスイッチング電源装置４００の動作を停止させる
とともに、インターフェースドライバ３６を介して第２
のスイッチング電源装置５００にもその動作を停止する
よう指示を送る。

なお、二次側回路部品がショートしていないときにスイ
ッチング用トランジスタ１３が破損した場合、負荷への
出力電圧は停止するが、各二次側回路部品が正常である
ことからＡ点とＢ点、あるいは点とＤ点との間における
逆流電流は発生しない。したかって、差分増幅器１７．
１．８において逆流は検出されない。

しかしスイッチング用トランジスタ１３に異常が発生す
ると、パワーオン時においてコレクタ電流が流れないた
め、Ｅ点の電圧が下がる。

Ｅ点の電圧はＡ／Ｄ変換器３３に入力されてディジタル
データに変換され、第１の　８ビツトレジスタ３４に保
持される。

マイクロコンピュータ３０は、この第１の８ビツトレジ
スタ３４の内容からＥ点の電圧が下がったことを知ると
、異常の発生を知り、第１のスイッチング電源装置４０
０の動作を停止させるとともに第２の　８ビットレジス
タ３９の第２ビツトに“０”をセットシて発光ダイオー
ド３８を点灯させる。

同時にＣＲＴ等の表示装置に電源が故障したことを表示
してオペレータに知らせる。

かくしてこの実施例装置によれば、各二次側回路におけ
る部品の故障により、各二次側回路の出力端部に介挿さ
れた抵抗Ｒ２、Ｒ３の両端において負荷側の電位が高く
なったことを作動増幅器１７．１８で検出し、この検出
の結果に基づいて各二次側回路のフユーズＦｌ、Ｆ２を
それぞれ急速に切断するようにしたので、逆流防止用の
ダイオド等を用いることなく、異常発生時における負荷
側から各二次側回路への電流の逆流を防止することがで
き、消費電力の削減、信頼性の向上を図ることができる
。

次に本発明の他の実施例を説明する。

第２図は本発明の他の実施例である多重化電源システム
の構成を示す回路図である。

なお、この実施例装置の構成において、第１図と同一の
部分については同一符号を付し、重複する部分の説明は
省略する。

同図において、４１．４２はそれぞれリレーであり、こ
の実施例では先の実施例で用いたフユズの代わりにこれ
らのリレー４１．４２を用いて逆流防止が図られている
。

また４３．４４はそれぞれＯＲ回路１９の出力側に直列
に接続されたインバータ、Ｒ７、Ｒ８はそれぞれトラン
ジスタ２２のベース側に並列的に接続された抵抗、さら
に４５はトランジスタ２２のエミッタ側に接続され、各
リレー４１．４２の切換えを行うリレー用マグネットコ
イルである。

その他の構造については第１図と同一である。

次にこの実施例装置におけるリレー４１．４２を用いた
逆流防止の動作について説明する。

まず、トランス１４の二次側コイルにおける電流発生に
より、その電流は整流ダイオードＤ５および抵抗Ｒ６を
介してコンデンサｃ３に流れ、このコンデンサＣ３に電
荷が蓄積される。

この後コンデンサＣ３に蓄積された電荷が高くなると、
トランジスタ２２のベース電圧も抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８と
の分圧により上り、ついにはｌ・ランジスタ２２がＯＮ
となる。

これによりリレー用マグネットコイル４５が駆動されて
各リレー４１．４２はそれぞれ接続状態になり、各二次
側回路においてＤＣ電圧の出力動作が開始される。

ここで、二次側回路における整流ダイオードＤ１．．Ｄ
２、平滑コンデンサｃ２のいずれががショートすると、
抵抗Ｒ２を挟んでＡ点からＢ点に逆電流が流れ出す。

この逆電流の発生は作動増幅器１７において検出され、
この結果ＯＲ回路１９からｒＨｉＪレベルの信号が出力
される。

この後、ＯＲ回路１つより出力された信号は、インバー
タ４３によって「Ｌｏ」レベルに反転されるため、トラ
ンジスタ２２がＯＦＦとなる。

この結果、トランジスタ２２のエミッタ側に接続された
リレー用マグネットの動作もＯＦＦとなって各リレー４
１．４２が回路から切り離され、これにより逆流が阻止
される。

か（してこの実施例の多重化電源システムによれば、負
荷側から各二次側回路に逆流電流が発生したときに、リ
レー４１．４２を切り離して即座に負荷側から各二次側
回路への電流の逆流を阻止することができる。

またこの実施例によれば、故障電源装置を交換する際の
活線作業を可能にする。この場合、リレ４１．４２を切
り離したまま電源装置を交換してこれを起動させ、各二
次側回路における平滑コンデンサＣ２、Ｃ３に正常な値
の電荷か蓄積され２］ るまで待った後、リレー４１．４２が自動的に閉じるよ
うその動作点を設定しておく。

これにより電源装置交換後の動作開始時から電流の逆流
を防止することができる。

なお、以上説明した各実施例では、２組のスイッチング
電源装置を多重化したものであるが、本発明の多重化電
源システムはこれに限定されるものではなく、３組以上
の装置を多重化して構成したものであってもよい。

また電源装置としても上述したスイッチング電源装置に
限らず、例えばドロッパ電源装置やその他の安定化電源
装置を用いたものに対しても本発明を同様に用いること
ができる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明の多重化電源システムによれ
ば、検出手段により電流の逆流が検出されたとき、二次
側回路を開いて電流の逆流を阻止するので、無駄な電力
を費すことなく、二次側回路部品の故障発生時における
負荷側からの電流の逆流を阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の多重化電源システムの構成
を説明するための回路図、第２図は本発明の他の実施例
の多重化電源システムの構成を説明するための回路図、
第３図は従来の多重化電源システムの構成を説明するた
めの回路図である。 ］４・・トランス、］６・・制御回路、１７．１８・・
作動増幅器、１９・・・ＯＲ回路、２２・・・フユーズ
切断用ｌ・ランジスタ、４００・・・第１のスイッチン
グ電源装置、５００・・第２のスイッチング電源装置、
Ｆｔ、Ｆ２　　・・フユーズ。 出願人　　　　　株式会社　東芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）変圧トランスを挟んだ一次側回路および二次側回
   路を有し、前記一次側回路における入力電流から前記二
   次側回路において安定化された直流を得てこれを負荷に
   供給する安定化電源装置を複数備え、これらの安定化電
   源装置をそれぞれ共通の負荷に対して前記直流の供給を
   行えるよう多重化して構成した多重化電源システムにお
   いて、前記負荷側から前記二次側回路への電流の逆流を
   検出する検出手段と、この検出手段により前記電流の逆
   流が検出されたとき、前記二次側回路を開いて電流の逆
   流を阻止する逆流阻止手段とを具備したことを特徴とす
   る多重化電源システム。