JPH0888971A - 電流バランス型スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は電流バランス型スイッチング電源の
並列運転時に、電力容量に余裕があっても、１台の故障
機が発生した場合にアラーム信号を発生させるスイッチ
ング電源を提供することを目的とする。 【構成】 上記目的を達成するために、本発明は並列運
転時に各機の負荷給電の電流バランスを取るために設け
られた電流検出部での不平衡電圧を常に監視し、１対の
電圧比較器でもって、不平衡電圧が平衡時より変動があ
ったときにアラーム信号を発生する異常検出部を設けた
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数台のスイッチン
グ電源を並列接続して、負荷に安定化電圧を供給する電
流バランス型スイッチング電源に関し、特に並列運転時
の個々の電源の異常検出に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電子機器に必要とする数Ｖ（ボ
ルト）の電源には、スイッチング電源が用いられてい
る。そして例えばＬＳＩテスタや大型電子計算機システ
ムのような大型電子機器にはこのスイッチング電源を複
数台並列に接続して、数ＫＷ（キロワット）以上に及ぶ
必要な電力を供給している。

【０００３】そこで、これらの並列運転を目的としたス
イッチング電源が、従来から開発されてきた。例えば特
公平６ー２６４７３の「電流バランス型スイッチングレ
ギュレータ」には、負荷分担を平均化して寿命を延長で
きるようにし、且つ出力電圧の変動を少なくすると共
に、その調整を容易にするスイッチングレギュレータが
開示されている。

【０００４】図３に上記特許公報のブロック図を、図４
に電流検出部３５の説明図を、図５に並列運転時の構成
図を示し、電流バランス型スイッチング電源の従来技術
を説明する。図３、図５に示すように、複数のスイッチ
ング電源３４１ 〜３４ｎを並列に接続して負荷に電力
を供給している。スイッチング電源３４ｉの構成は、出
力電圧を設定する電圧設定部３６と、その電圧設定部３
６の出力電圧と不平衡電圧とを加算する加算部３７と、
加算部３７の出力電圧とスイッチング電源３４ｉの出力
電圧の帰還電圧とで誤差補正した電圧でパルス幅制御を
行いスイッチング素子３２を駆動するスイッチング制御
部３３と、スイッチング素子３２と、そのスイッチング
素子３２の駆動で１次側の電流が流れるトランス３１
と、トランス３１の２次側に接続された整流・平滑部４
０と、トランス３１の１次側電流を検出しその検出値で
複数スイッチング電源３４ｉの並列運転の不平衡電圧を
発生させる電流検出部３５とを主な構成としている。

【０００５】電流検出部３５は、図４に示すように、ト
ランス３１の１次側の電流をカレントトランスＣＴ等の
電流検出手段により検出し、抵抗Ｒ１、ダイオードｄ
１、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ２の閉ループにより直流の
検出値として取り出してコンデンサＣ１にチャージし、
その検出値を抵抗Ｒ３を通してＣＢ（カレントバラン
ス）端子４３に取り出している。そしてスイッチング電
源３４ｉの並列運転のバランスがくずれたときに上記抵
抗Ｒ３に電流が流れ、抵抗Ｒ３の両端に発生する不平衡
電圧を差動増幅器を介して取り出し、この不平衡電圧分
を積分回路３９、リミッタ回路３８を通して加算部３７
に加える。

【０００６】この電流検出部３５と不平衡電圧に関して
若干詳細に説明する。並列運転している電流バランス型
スイッチング電源３４１ 〜３４ｎの最大定格電流が、
同一の場合でも異なる場合でも、電流検出部３５ではそ
れぞれの最大定格電流を供給したときに、同一の例えば
１Ｖとなるように抵抗Ｒ１の値を設定する。そして複数
台並列運転する場合には、図５にも示すように上記のＣ
Ｂ端子４３をそれぞれ接続する。このとき、スイッチン
グ電源３４ｉが同一の最大定格電流で、負荷２０に同一
電流をそれぞれのスイッチング電源３４ｉが供給してい
る場合には、抵抗Ｒ３に加えられる検出値は同一とな
り、従って抵抗Ｒ３を介してのスイッチング電源３４ｉ
間の電流は流れないことになり、差動増幅器の入力電圧
は０となり、不平衡電圧は発生しない。

【０００７】しかしながら、例えばスイッチング電源３
４１ から負荷２０に供給する電流が他のスイッチング
電源３４ｉより多い場合には、スイッチング電源３４１
の抵抗Ｒ３に加えられる検出値が他のスイッチング電
源３４ｉの検出値より大きくなるから、その差分に対応
した電流が抵抗Ｒ３を介して他のスイッチング電源３４
ｉに流れ、抵抗Ｒ３の両端には不平衡に比例した負の不
平衡電圧が生じて差動増幅器に入力される。この負の不
平衡電圧は加算部３７により出力電圧の設定値と加算さ
れてスイッチング制御部３３に入力されてスイッチング
電源３４１ の出力電圧を低下するようにする。一方、
他のスイッチング電源３４ｉは、出力電圧を上昇させる
ようにスイッチング素子３２のオン、オフ期間が制御さ
れるから、再び全てのスイッチング電源３４ｉから負荷
２０に供給する電流が同一電流となり、全体のバランス
が保たれる。

【０００８】積分回路３９とリミッタ回路３８は、電源
動作の安定化のために必要なものである。つまり積分回
路３９は、負荷変動に伴う不平衡分の急激な変化に対し
ても動作の安定化を図ることができるものである。また
リミッタ回路３８は、電源投入時等における極端に大き
い不平衡分を制限し、正常な制御状態に迅速に収束する
ために設ける。リミッタ回路３８は例えば逆極性で直列
接続したツェナーダイオードでよい。

【０００９】ＭＡ（マスタ）端子４１とＳＬ（スレー
ブ）端子４２は、電圧設定に関するものである。並列運
転するスイッチング電源３４ｉのいずれかの１台をマス
タ機（親機）とし、他をスレーブ機（子機）とすると、
マスタ機のＭＡ端子４１とスレーブ機のＳＬ端子４２と
を接続することにより、電圧設定部３６の設定はマスタ
機のみですみ、マスタ機の設定電圧で全てのスイッチン
グ電源３４ｉの電圧設定部３６を制御するものである。

【００１０】今まで述べてきたように電流バランス型ス
イッチング電源の並列運転においては、図５に示すよう
に各スイッチング電源のＣＢ（カレントバランス）端子
４３を相互に接続して、各スイッチング電源の電流検出
部３５での検出電流により定格出力電流値との比率が等
しくなるようにして、負荷２０に供給する電流をバラン
スよく分担している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】電流バランス型スイッ
チング電源の並列運転を行っている場合で、特に各電源
の出力を直接短絡接続し、負荷へ給電しているときなど
は、複数台のスイッチング電源のうちの１部の電源が故
障したとき、特に電力容量に余裕のある運転をしている
ときは、故障が検出できないで運転を続行することが多
い。故障機以外の正常スイッチング電源で充分に負荷給
電を満足するからである。しかしながら、そのまま運転
を続行すると故障機から発火し始めたり、発火しなくと
も他の正常スイッチング電源の出力電流が増し、その内
部温度が更に上昇し、信頼性や寿命の低下を招く。この
ことは、その装置全体にとっては負荷分担を平均化した
ときの寿命より、寿命が短くなることを意味する。そこ
で何らかの異常検出が必要である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の異常検出をするた
めに、本発明は常に電流検出部の電流を監視し、不平衡
電圧が発生して異常状態となった場合には、ＡＬＭ信号
（アラーム信号）を出す異常判定部を設ける構成とし
た。ＡＬＭ信号は各電源毎にＬＥＤやランプを付けた
り、音を出したり、その信号を外部端子より出力したり
するが、ここではＡＬＭ信号の発生までとする。以下詳
細に説明する。

【００１３】始めに今一度、図１を参照して電流検出部
３５を検討する。正常動作の場合には、トランス３１の
１次側の電流をカレントトランスＣＴ等の電流検出手段
により検出し、抵抗Ｒ１、ダイオードｄ１、コンデンサ
Ｃ１により直流の検出値として抵抗Ｒ３に加える。図１
ではトランス３１の１次側の電流を検出しているが、２
次側の電流を検出してもよい。更に抵抗Ｒ３を通してＣ
Ｂ端子４３に接続している。ＣＢ端子４３から見た内部
電圧は、仮に、負荷２０に定格出力電流（以下「電源容
量」という）を供給したときに１Ｖで、電源容量の５０
％を供給したときに約０．５Ｖとなるように抵抗Ｒ１の
抵抗値を設定するものとする。

【００１４】今、仮に同一規格の２台のスイッチング電
源１４１ 機と１４ｎ機で並列運転しそれぞれが電源容
量の５０％で稼動しているものとする。そして１４１
機が故障、特にスイッチング素子３２や整流ダイオード
ｄ２のオープンにより出力電流が０となると、１４ｎ機
が電源容量１００％で稼動して、負荷に電流を供給す
る。このとき不平衡電流は１４ｎ機側から１４１ 機側
に流れる。従って１４１ 機での電流検出部３５では、
不平衡電圧が正電圧となり加算部３７に正の電圧が加算
される。そこで１４１ 機では電圧を上昇させて負荷へ
の供給電力を増やそうとするが、故障のために出力電流
は０のままである。

【００１５】一方１４ｎ機での電流検出部３５では不平
衡電圧が負電圧となり加算部３７に負の電圧が加算さ
れ、出力電圧が下がりはじめる。すると、リミッタ回路
３８が作動して一定値以下には下がらず、出力電圧が若
干低下したところで負荷２０に電力を供給し続ける。し
かしながら、この状態が続くと１４ｎ機の負担が重くな
り、内部温度が上昇し、各部品の寿命や信頼性の低下を
きたす。

【００１６】この問題を解決するために、この発明は不
平衡電流による不平衡電圧を常に監視する異常判定部
を、電流検出部の後段に設ける構成とした。異常検出部
は電圧比較器と基準電圧と、必要により積分回路により
構成される。また、設計によっては増幅器や減衰器を必
要とする場合もある。電圧比較器は正電圧の比較または
負電圧の比較、またはその両比較を具備した構成とす
る。不平衡電圧が正であったり、負であったりするから
であり、不平衡電圧の絶対値が基準電圧の絶対値より大
きいときにＡＬＭ信号を発生させる。以下実施例につい
て説明する。

【００１７】

【実施例】図１に本発明の一実施例の構成図を示す。図
３及び図４と同一部分には同一符号を付す。異常判定部
１０は原則として電流検出部３５からの不平衡電圧の出
力端子に接続する。不平衡電圧で判定するからである
が、積分回路１５も必要とするから、既存の積分回路を
共用して積分回路３９の出力端子から取り出してもよ
い。そして異常の不平衡電圧が生じたときに、ＡＬＭ信
号を発生させる。

【００１８】発生したＡＬＭ信号をそのままＡＬＭ端子
１１を通して出力してもよいし、各電源毎にＬＥＤやラ
ンプを点灯してもよいし、ＡＬＭ音を出してもよい。ま
たオペレータが常駐するシステム機器である場合はその
操作台に表示もするようにして、直ちに取り替えたり修
理するようにする。

【００１９】図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に
異常判定部１０の一実施例の構成図を示す。１３ａは正
電圧比較器であり、１３ｂは負電圧比較器であり、１２
ａ及び１２ｂは正及び負の基準電源である。１５は積分
回路即ち低域ろ波器であり、状況によっては既存の積分
回路３９を利用することもできる。１６はＯＲ回路であ
る。前述のように、設計により増幅器や減衰器を必要と
する場合があるが省略する。

【００２０】図２（Ａ）は電流検出部３５の不平衡電圧
が正電圧である場合、つまりその電源の出力電流が異常
低下し、他機から電流を引き込み、不平衡電圧が正電圧
となって加算部３７に正電圧を加算させる状態時の異常
検出部１０の電圧比較器１３ａである。不平衡電圧が基
準電圧Ｅ１より大きい時にＡＬＭ信号を発生する。基準
電圧Ｅ１は正電圧で、その値は正常動作範囲の上限値よ
り少し大きな値が適当である。この値は、可変抵抗等を
使用し外部より可変できるようにしてもよい。１５は時
定数τの大きい積分回路であり、これには既存の積分回
路３９を用いることもできる。不平衡電圧が瞬間的な電
圧であれば正常動作の可能性が高いので、これを除くこ
とが必要であるからである。

【００２１】図２（Ｂ）は不平衡電圧が負電圧である場
合、その電圧の出力電流が異常上昇し、負電圧が加算部
３７に加えられて出力電流を下げようとしているときの
異常検出部１０の電圧比較器１３ｂである。基準電圧Ｅ
２は負電圧であり、その値も一般的に正常動作範囲の下
限値より少し低い値、つまり絶対値が少し大きな値が適
当である。この値も、可変抵抗等を使用して外部より可
変できるようにしてもよい。

【００２２】各電源に図２（Ａ）の電圧比較器１３ａと
図２（Ｂ）の電圧比較器１３ｂを設けて、電圧比較器１
３ａが信号を発生する場合には赤ランプを、電圧比較器
１３ｂが信号を発生する場合には黄ランプを点灯して異
常状態を表示してもよいが、図２（Ｃ）に示すようにい
ずれかの異常があることをＯＲ回路１６を通してＡＬＭ
端子１１へ信号送出してもよい。

【００２３】今まで電流検出部３５の電流検出はトラン
ス３１の１次側電流の検出で説明してきたが、なにも１
次側電流に限るものではなく２次側電流を検出してもよ
い。また、このＡＬＭ信号のみを特別の異常信号として
送出しなくとも、他のＡＬＭ信号があるときはＯＲ回路
で論理和を取り、共用して表示等をしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、電流バラン
ス型スイッチング電源を複数台の並列運転をする場合
に、従来は１台の故障があっても全体的に電源容量に余
裕があるとそのまま稼動していたが、この発明は１台の
故障があったときでも直ちにＡＬＭ信号を発生するの
で、取り替え等のその後の処置が直ちにとれ、安全性も
信頼性も向上し、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】本発明の異常判定部１０の一実施例の構成図で
ある。

【図３】従来技術の特公平６−２６４７３記載のブロッ
ク図である。

【図４】図３の電流検出部の説明図である。

【図５】従来技術の電流バランス型スイッチング電源並
列運転の構成図である。

【符号の説明】

１０ 異常判定部 １１ ＡＬＭ（アラーム）端子 １２ａ、１２ｂ 基準電源 １３ａ、１３ｂ 電圧比較器 １４１ 〜１４ｎ 電流バランス型スイッチング電源 １５ａ、１５ｂ 積分回路（低域ろ波器） １６ ＯＲ回路 ２０ 負荷 ３０ 交流電源 ３１ トランス ３２ スイッチング素子 ３３ スイッチング制御部 ３４１ 〜３４ｎ 電流バランス型スイッチング電源 ３５ 電流検出部 ３６ 電圧設定部 ３７ 加算部 ３８ リミッタ回路 ３９ 積分回路 ４０ 整流・平滑部 ４１ ＭＡ（マスタ）端子 ４２ ＳＬ（スレーブ）端子 ４３ ＣＢ（カレントバランス）端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランス（３１）の１次側に接続したス
   イッチング素子（３２）を上記トランス（３１）の２次
   側電圧に対応して制御するスイッチング制御部（３３）
   と、上記トランス（３１）の１次側もしくは２次側の電
   流を検出しＣＢ端子（４３）を介して他のスイッチング
   電源のトランスの１次側電流もしくは２次側電流との不
   平衡電圧を検出し出力する電流検出部（３５）と、出力
   電圧を設定する電圧設定部（３６）と、上記電圧設定部
   （３６）からの出力電圧と上記電流検出部（３５）から
   の不平衡電圧とを加算し上記スイッチング制御部（３
   ３）に出力する加算部（３７）とから構成され、並列運
   転時にはそれぞれのＣＢ端子を全て接続して稼動する電
   流バランス型スイッチング電源において、 上記電流検出部（３５）の後段に、上記電流検出部（３
   ５）の上記不平衡電圧と基準電圧とを比較し上記不平衡
   電圧の絶対値が基準電圧の絶対値より大きい場合に異常
   信号を発生する異常判定部（１０）を具備することを特
   徴とする電流バランス型スイッチング電源。
2. 【請求項２】 異常判定部（１０）は１対の電圧比較器
   （１３ａ，１３ｂ）と正電圧及び負電圧の基準電源（１
   ２ａ，１２ｂ）とで構成された請求項１記載の電流バラ
   ンス型スイッチング電源。