JPH08308223A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数並列に接続された各直流電源回路から電
圧制御回路と同期回路を削除するとともに、同期信号発
生回路のない簡略化された直流電源装置を得ることを目
的とする。 【構成】 負荷装置の入力端にて電圧制御を行い、直流
電源回路内にあった回路と全く同一の電圧制御回路と、
パルス幅設定回路と、送信回路から電圧制御信号発生回
路と、直流電源回路内の受信回路とから構成される。 【効果】 複数台並列に接続された各直流電源回路内に
て、全く同じ動作しかしていなかった電圧制御回路を１
つにし、各直流電源回路内の同期回路と、同期信号発生
回路を削除して簡略化された、低コストの直流電源装置
を得る効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、大電流を必要とする
負荷装置に、電流制御型の直流電源回路を複数台並列に
接続して電力を供給するよう構成された直流電源装置
で、各直流電源回路のスイッチング動作を同期させ、各
直流電源回路が乱調しないようにするとともに、各直流
電源回路に電圧制御回路を備え、個々に電圧制御を行っ
ている大電力用高性能直流電源装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の直流電源装置を示すもの
で、図６において、１は一次電源、２はリレー回路、３
は入力コンデンサ、４は電力変換用のトランス、５はス
イッチング用のトランジスタ、６はトランジスタ５を駆
動する駆動回路、７は整流用ダイオード、８は平滑用チ
ョークコイル、９は出力用コンデンサ、１０は出力電流
を制御するための電流制御回路、１１は直流電源回路の
出力段にて電圧を制御するための電圧制御回路、１２は
電流制限回路１０と電圧制御回路１１の出力をもってス
イッチングのパルス幅を決定するパルス幅制御回路、１
３はパルス幅制御回路１２の出力を受け直流電源回路が
異常となった場合に入力のリレー回路をオフさせるリレ
ー駆動回路、１４はトランジスタ５のスイッチング動作
を外部からの同期信号に同期させるための同期回路、１
５は２〜１４の各回路で構成された第１の直流電源回
路、１６は第１の直流電源回路１５と同一の回路からな
る第２の直流電源回路、１７は各直流電源回路のスイッ
チング動作を同期させるための同期信号発生回路、１８
は負荷装置である。

【０００３】次に図６に示す従来装置の動作について説
明する。図６に示した直流電源回路１５は、複数台の直
流電源回路を並列に接続して電力を供給するシステムに
おいては主流となっている電流制御型のスイッチング電
源である。説明の都合上２台の直流電源回路にて動作を
説明する。その動作は、トランジスタ５がオン／オフ
し、トランス４の１次側にパルス電流を流すことによっ
て、トランス４の２次側に電力を伝送し、トランス４の
２次側に発生した電力を整流ダイオード７によって整流
した後、チョークコイル８を介し、出力用コンデンサ９
に電荷を蓄え、所定の直流電圧として電荷装置１８へ供
給される。電圧制御回路１１はコンデンサ９の両端の電
圧を検出し、電圧が低下するとトランジスタ５のオン幅
を広くし、電圧が上昇するとオン幅を狭くするようパル
ス幅制御回路１２へ信号を送る。一方、電流制御回路１
０は、チョークコイル８の出力電流を検出し、電流が所
定の値を越えたらトランジスタ５のオン幅を狭くするよ
うパルス幅制御回路１２へ信号を送る。パルス幅制御回
路１２は、電流制御回路１０と電圧制御回路１１からの
信号によって、トランジスタ５のオン幅を決定し、トラ
ンジスタ駆動回路６へ駆動信号を送信する。これによっ
て、トランジスタ５のスイッチングのオン／オフ比は、
出力電圧と出力電流の両方によって制御され、最大出力
電流を制限しながら、常にコンデンサ９の両端の電圧を
一定にするよう動作している。同期回路１４は同期信号
発生回路１７からの信号を受け、トランジスタ５のオ
ン、または、オフのタイミングを第２の直流電源回路１
６と同期させ、互いに干渉し直流電源回路が乱調しない
ようにしている。そのため、同様の直流電源回路を並列
に複数台接続させることができ、各々が定格電流以上の
電流を流さないよう制御しているため、定格電力の台数
倍の電力が供給できる。

【０００４】よって、複数台の直流電源回路を並列に接
続して使用した場合、各直流電源回路の出力電流は、個
々の電流制御回路にて制御されているため、各直流電源
回路ともほぼ同一の出力電流を出力することができてい
る。しかし、電圧による制御は個々の電源出力端にて電
圧を検出し、検出した電圧値よりスイッチングのオンパ
ルス幅を設定しているが、複数台の直流電源回路が並列
に接続されているため、実際の出力電圧ではなく各直流
電源回路の出力が合わせられた平均の電圧値でしか検出
されず、各直流電源回路の出力電圧値に多少の誤差が存
在していても、すべての直流電源回路が同じ電圧値を検
出し、同じパルス幅にしか変換できなくなっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の直流電源装置は
以上のように構成されているため、各直流電源回路内に
電圧制御回路を持っていても、個々の出力電圧値にて制
御している訳ではなく、すべてが同一の電圧値にて同様
のパルス幅を設定していることから、各直流電源回路内
の電圧制御回路は、そのほとんどが正確には機能してお
らず、回路の利用効率が悪いといった課題があった。ま
た、各直流電源回路の電圧に微妙なバラツキがあるため
に、各直流電源回路にかかるストレスが均等にならず、
一部の直流電源回路のみ寿命が短くなってしまうといっ
た課題があった。

【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、各直流電源回路内で満足に機能
をしていない電圧制御回路と、スイッチング動作を同期
させるための同期信号発生回路を１つの回路として外部
に構成し、各直流電源回路から電圧制御回路と同期回路
を省略することで、直流電源回路の構成及び直流電源装
置全体を簡略化するとともに、各直流電源回路が個々に
もっている回路の誤差を考慮したスイッチング動作がで
き、各直流電源装置にかかるストレスが均等になるよう
装置全体を構成することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の実施例１によ
る直流電源装置は、各直流電源回路内にあった電圧制御
回路の内の１つと、電圧制御信号よりパルス幅を設定す
るパルス幅設定回路および送信回路からなる電圧制御信
号発生回路を備え、負荷装置の入力段にて電圧を検出
し、検出電圧が所定の電圧になるようスイッチングのパ
ルスオン幅を電圧制御信号発生回路にて設定して、各直
流電源回路が電圧制御信号発生回路から送られてくる電
圧制御信号と、各直流電源装置内にある電流制御信号よ
りスイッチングのオン幅を決定し、電圧制御信号発生回
路からの信号に同期させてスイッチング動作を行うもの
である。

【０００８】また、この発明の実施例２による直流電源
装置は、電圧制御信号発生回路内にパルス数変調回路
（以下ＰＮＭ変調回路という）を備え、負荷装置入力段
の電圧値から設定されたパルス幅信号をパルス数変調
（以下ＰＮＭ変調という）してクロック信号とともに各
直流電源回路に伝送し、各直流電源回路内でパルス数信
号（以下ＰＮＭ信号という）をパルス幅信号に復調して
パルス幅制御を行い、電圧制御信号発生回路からのクロ
ック信号に同期したスイッチング動作を行うものであ
る。

【０００９】また、この発明の実施例３における直流電
源装置は、各直流電源回路内にＰＮＭ信号を補正するた
めのデータ補正回路を備え、ＰＮＭ信号を復調する前
に、各直流電源回路内のトランス性能の誤差や、入力電
圧の微妙な誤差等による、各直流電源回路の出力電圧値
の誤差を補正し、各直流電源回路の出力電圧がすべて同
一となるようにスイッチング動作をするものである。

【００１０】

【作用】この発明の実施例１に示す直流電源装置によれ
ば、電圧制御回路は電圧制御信号発生回路内に１回路だ
けあればよいことになり、各直流電源回路の中から電圧
制御回路と同期回路を省くことができるとともに、同期
信号発生回路を省くことができ、直流電源装置全体の簡
略化と価格低減を行うことができる。

【００１１】また、この発明の実施例２に示す直流電源
装置によれば、複数台並列に接続された直流電源回路の
台数が非常に多い場合や、各直流電源回路間や電圧制御
信号発生回路と直流電源回路との距離が離れている場合
でも、正確に信号を伝送することができ、ノイズによる
影響でスイッチングのパルス幅が変わってしまうことが
ない、信頼性の高い直流電源装置を実現することができ
る。

【００１２】また、この発明の実施例３に示す直流電源
装置によれば、複数台並列に接続された各直流電源回路
のトランス特性や、入力電圧に若干のバラツキがあった
としても、そのバラツキに合わせてスイッチングのパル
スオン幅を補正することで、各直流電源回路の出力電圧
を同一にし、各直流電源回路にかかるストレスを均一化
することができ、より信頼性の高い直流電源装置を実現
することができる。

【００１３】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の実施例１に示す回路構成図
であり、図において１〜１８は上記従来の装置及び回路
と同一のものであり、１９は電圧制御回路１１からの信
号よりスイッチングのパルス幅を設定するパルス幅設定
回路、２０はパルス幅設定回路１９の出力を各直流電源
回路に送信するための送信回路、２１は１１，１９，２
０に示す回路で構成された電圧制御信号発生回路、２２
は送信回路２０からのパルス幅信号を受信するための受
信回路である。

【００１４】以下、動作について図を用いて詳細に説明
する。図１のような構成において、電圧制御回路１１は
負荷装置１８の入力段にて、各直流電源回路からの出力
電圧の平均値を検出し、出力電圧の設定値からどれだけ
ずれているかをパルス幅設定回路１９に送信する。パル
ス幅設定回路１９は電圧制御回路１１からの信号を受
け、出力電圧が設定値より低ければ出力電圧値と設定値
の差に相当する時間だけパルス幅を現状より広くし、出
力電圧が設定値より高ければ出力電圧値と設定値の差に
相当する時間だけパルス幅を現状より狭くする。パルス
幅設定回路１９の出力は、送信回路２０によって直流電
源回路１５を含む各直流電源回路に送信される。各直流
電源回路内にある受信回路２２は、受信した信号をきれ
いな矩形波に戻し、パルス幅制御回路２５に送る。パル
ス幅制御回路２５は受信回路２２からの信号と同じパル
ス幅の信号を駆動回路６に送信するが、電流制御回路１
０が検出している電流値が所定の電流値を越えた場合
は、瞬時にパルス信号をオフする。よって、出力電流を
制限しつつ出力電圧が設定値と一致するようパルス幅が
制御される。また、各直流電源回路は送信回路２０より
同一の信号を受けて、スイッチング動作を行うためのパ
ルス信号を形成するため、すべての直流電源回路のスイ
ッチング動作は必然的に同期が取られることになる。こ
れによって、従来各直流電源回路内にあった電圧制御回
路と同期回路を削除しても従来と同様の機能が備えられ
ていることが判る。

【００１５】実施例２．図２はこの発明の実施例２を示
す回路構成図であり、図における１〜２２は上記従来の
回路および実施例１で説明した回路と同一あるいは相当
するものであり、２３はパルス幅設定回路１９から送ら
れてくるパルス幅信号をＰＮＭ信号に変換するととも
に、パルス幅信号からクロック信号を作り出すＰＮＭ変
調回路、２４は受信回路２２が受信したＰＮＭ信号をパ
ルス幅信号に復調するための復調回路である。

【００１６】また、図３は図２における実施例の動作を
説明するための信号波形図であり、図２で使用している
記号アはパルス幅設定回路１９内にありスイッチング周
波数を決定している発振器の出力波形と電圧制御回路１
１からの出力信号を示した図、イはパルス幅設定回路１
９の出力波形図、ウはＰＮＭ変調回路２３によって変調
されたＰＮＭ信号波形図、エはＰＮＭ変調回路２３によ
ってパルス幅設定回路１９のパルス幅信号より作られた
クロック信号波形図、オは復調回路２４によてＰＮＭ信
号をパルス幅信号に復調した後の信号波形図である。

【００１７】以下、動作について図を用いて詳細に説明
する。図２の構成において、パルス幅設定回路１９は図
３のイに示すパルス幅信号を出力する。ＰＮＭ変調回路
２３は図３のイに示すパルス幅信号がＨｉｇｈの間だけ
パルス幅信号の周波数よりも１〜２桁以上高い周波数に
て発振し、パルスの幅に相当する数のパルス信号を送信
回路２０に送る。また、同時にＰＮＭ変調回路２３はパ
ルス幅設定回路１９のパルス幅信号がＨｉｇｈからＬｏ
ｗにかわる時に、図３のエに示した一定幅のクロック信
号を送信回路２０に送る。送信回路２０は高周波のＰＮ
Ｍ信号とクロック信号を各直流電源回路に送信し、各直
流電源回路内の受信回路２２は送られてくるＰＮＭ信号
とクロック信号の周波数帯だけを通す帯域フィルタにて
信号を受信し、復調回路２４に伝送する。復調回路２４
はクロック信号が立ち上がったところから次にクロック
信号が立ち上がるまでの間に送られてきたＰＮＭ信号に
てカウンタを回し、カウントした値に相当するだけのパ
ルス幅信号を、クロック信号の立ち上がりと同時にパル
ス幅制御回路１２に送信する。これによって、パルス幅
設定回路１９の出力は、ノイズや回路インピーダンスに
よる信号波形の歪の影響を受けずに正確にパルス幅制御
回路１２に伝送されることになる。

【００１８】実施例３．図４はこの発明の実施例３を示
す回路構成図であり、図における１〜２４は上記従来の
回路および実施例１、実施例２で説明した回路と同一あ
るいは相当するものであり、２５は電圧制御回路１１が
検出した出力電圧値と、実際に直流電源回路１５が出力
している電圧値の差を補正するためのデータ補正回路で
ある。

【００１９】また、図５は図４における実施例の動作を
説明するための信号波形図であり、図５で使用している
記号のア〜オは実施例２の説明で使用した図３に示す記
号と同一あるいは相当するものであり、カはデータ補正
回路２５が補正した後のＰＮＭ信号波形図である。

【００２０】以下、動作について図を用いて詳細に説明
する。電圧制御回路１１からパルス幅設定回路１９、Ｐ
ＮＭ変調回路２３、送信回路２０、受信回路２２までの
信号の流れ、及び、各回路の機能と動作は実施例２にお
いて説明した通りである。直流電源回路１５によって出
力される電圧値Ｖｏは、入力電圧をＶｉｎ、トランス４
の一次巻線の巻線数をＮ１、二次巻線の巻線数をＮ２、
トランジスタ５がオンしている期間をＴｏｎ、オフして
いる期間をＴｏｆｆとした場合“数１”によって表わす
ことができる。

【００２１】

【数１】

【００２２】並列に接続された各直流電源回路におい
て、一次電源１と各直流電源回路との間に存在するイン
ピーダンスは完全に一致させることは困難であり、ま
た、各直流電源回路内にあるトランスも、それぞれの一
次巻線と二次巻線の結合係数には誤差があるため、実際
に出力される電圧は、“数１”に示した値から若干違っ
た値となる。今、仮に直流電源回路１５のトランス４の
一時巻線対二次巻線比が、各流電源直回路の巻線比の平
均値Ｎ１／Ｎ２よりΔＮだけ大きく、入力電圧Ｖｉｎも
ΔＶｉｎだけ高かったとすると、直流電源回路１５の出
力電圧は“数１”からもわかるようにＶｏよりも大きく
なってしまう。そのため、スイッチングのオン幅をα倍
だけ補正し、出力電圧をＶｏにしようとすると、補正値
αはたとすると“数２”に示す値となる。

【００２３】

【数２】

【００２４】ここで、データ補正回路２５は図５のウに
示したＰＮＭ信号を受信回路２２から受け、図５のエに
示したクロック信号がＬｏｗである期間にカウントした
パルス数をα倍にし、次のクロック信号がＨｉｇｈにな
ったと同時に復調回路２４へ図５のカに示したＰＮＭ信
号に相当するデータ信号を送る。復調回路２４はデータ
補正回路２５からのデータ信号をパルス幅信号に復調
し、パルス幅制御回路１２に図５のオに示したパルス幅
信号を送信する。この補正されたパルス幅信号により、
トランス４の巻線比や入力電圧の値に多少の違いがあっ
たとしても、他の直流電源回路とまったく同一の出力電
圧値が得られるスイッチング動作を実現することができ
る。

【００２５】なお、本実施例では直流電源回路にフォワ
ード型スイッチングレギュレータを使用しているが、ハ
ーフブリッジ型やフルブリッジ型のスイッチングレギュ
レータを使用したとしても、全く同様の効果が得られる
ことは容易に想像することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明の実施例１によ
れば、複数台並列に接続された各直流電源回路から電圧
制御回路と同期回路を、また、直流電源装置からは同期
信号発生回路を削除することができ、より簡略化された
低コストの直流電源装置を実現することができる。

【００２７】また、この発明の実施例２によれば、複数
台並列に接続された各直流電源回路から電圧制御回路と
同期回路を、また、直流電源装置からは同期信号発生回
路を削除することができるとともに、すでにパルス幅信
号に変換された電圧制御信号をＰＮＭ変調するだけなの
で、非常に簡単な回路にて、外来ノイズからの影響を受
けることなく同期スイッチングと電圧制御を行える安定
した高信頼性の直流電源装置を実現することができる。

【００２８】また、この発明の実施例３によれば、複数
台並列に接続された各直流電源回路から電圧制御回路と
同期回路を、また、直流電源装置からは同期信号発生回
路を削除することができるとともに、外来ノイズからの
影響を受けることなく同期スイッチングと電圧制御を行
え、各直流電源回路のトランス性能や入力電圧のバラツ
キに影響されずに、常に他の直流電源回路と同一の出力
電圧を供給し、各直流電源回路のストレスを均一にする
ことができる高信頼性の直流電源装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による直流電源装置の実施例１を示
す図である。

【図２】 この発明による直流電源装置の実施例２を示
す図である。

【図３】 この発明による直流電源装置の実施例２の動
作を説明するための図である。

【図４】 この発明による直流電源装置の実施例３を示
す図である。

【図５】 この発明による直流電源装置の実施例３の動
作を説明するための図である。

【図６】 従来の直流電源装置を示す図である。

【符号の説明】

１ 一次電源、２ リレー回路、３ 入力コンデンサ、
４ トランス、５ トランジスタ、６ 駆動回路、７
整流ダイオード、８ 平滑用チョークコイル、９ 出力
コンデンサ、１０ 電流制御回路、１１ 電圧制御回
路、１２ パルス幅制御回路、１３ リレー駆動回路、
１４ 同期回路、１５ 第１の電流制御型直流電源装
置、１６ 第２の電流制御型直流電源装置、１７ 同期
信号発生回路、１８ 負荷装置、１９ パルス幅設定回
路、２０ 送信回路、２１ 電圧制御信号発生回路、２
２ 受信回路、２３ ＰＮＭ変調回路、２４ 復調回
路、２５データ補正回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次電源からの入力電流を遮断するリレ
   ー回路と、入力電流を平滑するコンデンサと、前記直流
   電源とコンデンサからの電流をトランスを介してスイッ
   チングするトランジスタと、前記トランジスタを駆動す
   るための駆動回路と、前記トランスの２次側に接続され
   電流を整流する整流ダイオードと、整流ダイオードから
   の電流を平滑するためのチョークコイルおよびコンデン
   サと、前記チョークコイルの出力電流を検出し所定の電
   流値以上電流が流れないよう前記トランジスタのスイッ
   チングオン幅を制御する電流制御回路と、前記電流制御
   回路と外部からの電圧制御信号より前記トランジスタの
   スイッチングオン幅を決定するパルス幅制御回路と、動
   作が異常となった時に前記リレー回路をオフさせるリレ
   ー駆動回路と、前記トランジスタのスイッチング動作の
   同期を取るための同期回路からなる電流制御型の直流電
   源回路を、複数台並列に接続して負荷装置に電力を供給
   し、すべての直流電源回路のスイッチング動作を同期さ
   せる同期信号発生回路を備えた直流電源装置において、
   前記負荷装置の入力段にて電圧を検出し、各直流電源回
   路のトランジスタのスイッチングオン幅を制御する電圧
   制御回路と、前記電圧制御回路からの信号にて前記トラ
   ンジスタのオン幅を決定するパルス幅設定回路と、前記
   パルス幅設定回路の出力信号を各直流電源回路に送信す
   る送信回路からなる電圧制御信号発生回路を備え、各直
   流電源回路内に前記送信回路からの信号を受けて前記パ
   ルス幅制御回路に電圧制御信号を送る受信回路を、各直
   流電源回路内に備えたことを特徴とする直流電源装置。
2. 【請求項２】 前記パルス幅設定回路からのパルス幅信
   号をパルス数信号に変換して送信回路に送るパルス数変
   調回路を電圧制御信号発生回路内に備え、各直流電源回
   路内の受信回路とパルス幅制御回路の間にパルス数信号
   をパルス幅信号に復調するための復調回路を備えたこと
   を特徴とする請求項１記載の直流電源装置。
3. 【請求項３】 前記受信回路と復調回路との間にて、前
   記受信回路からのパルス数信号を、各直流電源回路のト
   ランスの巻線誤差や、入力電圧値の微妙なバラツキなど
   に合わせて補正し、前記電圧制御回路が検出した電圧値
   と各直流電源回路が出力する電圧値とを一致させるため
   のデータ補正回路を前記直流電源回路内に備えたことを
   特徴とする請求項２記載の直流電源装置。