電源装置
【課題】電源回路が並列接続された直流の大電流を供給する電源装置において、特定の電源回路への電流集中を抑え、電源回路のそれぞれの出力電流が均等にすることができる電源装置を提供することを目的としている。
【解決手段】電源装置は、電源回路部１０及び電流バランス制御回路部２０からなり、電源回路部１０は、並列に接続された複数（ｎ台）の電源回路１，２，・・・，ｎと、これら電源回路１，２，・・・，ｎの出力部の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ及び並列出力部の負荷電流Ｉｏを計測する電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０と、電流バランス制御回路部２０からの制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎを入力する電源回路１，２，・・・，ｎの制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎと、により構成されている。これにより、電源回路のそれぞれの出力電流を均等にすることができる。
【解決手段】電源装置は、電源回路部１０及び電流バランス制御回路部２０からなり、電源回路部１０は、並列に接続された複数（ｎ台）の電源回路１，２，・・・，ｎと、これら電源回路１，２，・・・，ｎの出力部の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ及び並列出力部の負荷電流Ｉｏを計測する電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０と、電流バランス制御回路部２０からの制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎを入力する電源回路１，２，・・・，ｎの制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎと、により構成されている。これにより、電源回路のそれぞれの出力電流を均等にすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電源回路が並列運転され、負荷に直流の大電流を高精度に供給するための電流バランス制御回路を有する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
出力電流が大きく効率の優れた電源を得るためには、電源回路を多並列構成とする必要がある。しかしながら、電源回路を多並列構成として直流大電流を出力する電源装置では、各電源回路のインピーダンス特性を均等にしなければならず、例えば、電源回路に使用される半導体素子の特性を合わせることが必要である。また、半導体素子の特性を合わせても、微少なインピーダンスの差異により、多並列構成とした電源回路に流れる電流にアンバランスが生じる。さらに、各半導体素子の劣化速度が異なり、時間経過に伴い各電源回路に流れる電流のアンバランスが増大する。その結果、半導体素子の特性、インピーダンスのばらつきにより、１つの電源回路に電流が集中する可能性があり、更には、半導体素子が損傷される場合がある。
【０００３】
この対策として、例えば、特許文献１に示す従来の電源装置およびその並列運転制御回路においては、各電源モジュールの出力電流をバランスさせる制御を行うため、各電源モジュールの出力電圧を均等化することで出力電流が均等化されるという考えに基づき、各電源モジュールの出力端に逆流防止ダイオードを設置し、抵抗を介して逆流防止ダイオードのアノード電圧を制御回路に入力し、各電源モジュールのアノード電圧が等しくなるように各ゲート幅を制御し、出力電流のバランス制御を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６９８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電源装置およびその並列運転制御回路では、各電源モジュールの出力端にダイオードを設置し、ダイオードのアノード電圧を検出し電流バランス制御を行っているので、直流の大電流を出力する電源装置においては、容量的な理由から電源モジュールの出力端(大電流ライン)にダイオードを設置することが困難であり、かつ装置効率が低下するという問題があった。また、ダイオードの特性のばらつきにより、必ずしも出力電流が十分に均等化されないという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電源回路が並列接続された直流の大電流を供給する電源装置において、特定の電源回路への電流集中を抑え、電源回路のそれぞれの出力電流が均等にすることができる電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、並列接続されて負荷に電流を供給する複数の電源回路と、前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流及び前記負荷電流を計測する電流計測回路と、予め目標負荷電流が設定され、この目標負荷電流を前記電源回路数で割った目標出力電流を算出するとともに、前記負荷電流と前記目標負荷電流との差電流及び前記目標出力電流と前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流との差電流を算出し、これら差電流に基づいて、前記負荷電流が前記目標負荷電流に合致するよう、かつ、前記
複数の電源回路のそれぞれの出力電流が均等になるように制御する電流バランス制御回路と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電源装置によれば、電流バランス制御により各電源回路の出力電流を調整し、すべての出力電流が均等になるように制御することによって、特定の電源回路への電流集中を抑え、電源回路の半導体素子の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る電源装置の電源回路部の回路ブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図３】実施の形態１における電流バランス制御のフロー図である。
【図４】実施の形態１に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図６】実施の形態２における電流バランス制御のフロー図である。
【図７】実施の形態２に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図９】実施の形態３に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【図１０】実施の形態４に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図１１】実施の形態４に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【図１２】実施の形態５に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図１３】実施の形態５に係る電源装置の他の実施態様を示す電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る電源装置について、図１〜図１３を参照して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電源装置の電源回路部の回路ブロック図であり、図２は、実施の形態１に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図であり、図３は、実施の形態１における電流バランス制御のフロー図であり、また、図４は、実施の形態１に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、電源装置は、電源回路部１０及び電流バランス制御回路部２０からなり、電源回路部１０は、並列に接続された複数（ｎ台）の電源回路１，２，・・・，ｎと、これら電源回路１，２，・・・，ｎの出力部の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ及び並列出力部の負荷電流Ｉｏを計測する電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０と、電流バランス制御回路部２０からの制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎを入力する電源回路１，２，・・・，ｎの制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎと、により構成されている。
【００１３】
また、電流バランス制御回路部２０は、目標負荷電流Ｉｒｅｆから目標出力電流Ｉｒｅf／ｎを算出する目標出力電流演算回路２４と、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎにより計測された電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉ
ｎと目標出力電流Ｉｒｅf／ｎとの差電流ΔＩ１，ΔＩ２，・・・，ΔＩｎを算出する差電流演算回路２２と、この差電流ΔＩ１，ΔＩ２，・・・，ΔＩｎを安定化させるＰＩ制御回路２３と、電流検出回路ＣＴ０により計測された電源回路１，２，・・・，ｎの並列出力（負荷電流）Ｉ０と目標負荷電流Ｉｒｅｆとの差電流ΔＩ０を算出する差電流演算回路２１と、この差電流ΔＩ０を安定化させるＰＩ制御回路２５と、ＰＩ制御回路２２及びＰＩ制御回路２５から出力される差電流ΔＩにより電流バランス制御された出力電流を指令する出力電流指令回路２６と、三角波を発生させるキャリア波発生回路２７と、出力電流指令回路２６から出力される指令値に基づき三角波からＰＷＭパルス波（矩形波）の制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎを出力する制御信号出力回路２８と、により構成されている。
【００１４】
次に、実施の形態１に係る電源装置の動作について、図１から図４を用いて説明する。電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎで計測された電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎを均等にバランスさせるために、電流検出回路ＣＴ０で計測された負荷電流Ｉ０を目標負荷電流Ｉｒｅｆに合わせるために、電流バランス制御回路部２０が行う処理内容について、図３の電流バランス制御のフロー図を用いて説明する。
【００１５】
まず、電流バランス制御回路部２０にて、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０により電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０を計測する（Ｓ１）。次に、差電流演算回路２１では、出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎの目標出力電流Ｉｒｅf／ｎが算出され（Ｓ２）、また、差電流演算回路２２では、目標出力電流Ｉｒｅf／ｎと計測された出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎとが各々比較され、各出力電流をバランスさせるため目標出力電流Ｉｒｅf／ｎと出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎとの差（差電流ΔＩ）ΔＩ１，ΔＩ２，・・・，ΔＩｎが算出される（Ｓ３）。続いて、目標負荷電流Ｉｒｅｆと実測値である負荷電流Ｉ０との差電流Δ０が算出される（Ｓ４）。また、差電流ΔＩの急激な変動を抑えるためＰＩ制御回路２３にて安定化された後、出力電流指令回路２６に出力される。同時に、差電流Δ０は、ＰＩ制御回路２５にて安定化された後、出力電流指令回路２６に出力される。さらに、出力電流指令回路２６では、目標負荷電流Ｉｒｅｆに合わせた負荷電流Ｉ０を流すため、差電流ΔＩ１，ΔＩ２，・・・，ΔＩｎから差電流Δ０が各々減算処理され、出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎの電流をバランスさせる出力電流指令値が算出され、制御信号出力回路２８に出力される（Ｓ５）。最後に、制御信号出力回路２８では、キャリア波発生回路２７にて生成された三角波と出力電流指令回路２６から出力された出力電流指令値が比較され、電源回路１，２，・・・，ｎを駆動させるためのＰＷＭパルス波の制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎが生成され、制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎに出力される（Ｓ６）。以下、これが繰り返される。
【００１６】
これにより、電源装置の電源回路１，２，・・・，ｎに電流バランス制御回路部２０を組み込むことで、各電源回路１，２，・・・，ｎのインピーダンスに依存する出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎのアンバランスが改善され、均等化される（図４）。図４（ａ）は、従来の電源装置の電流バランス制御による出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０の時間変化を示す。図４（ｂ）は、本実施の形態１の電源回路部１０による出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０の時間変化を示す。同じ負荷電流Ｉ０に対して、従来の電源装置では、ダイオードの特性のばらつきにより電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ間の調整がされず、アンバランスのままであるが、本実施の形態１の電源装置による電流バランス制御では、電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎはそれぞれ目標出力電流Ｉｒｅf／ｎに調整されて同じ出力電流となり、電源回路間の電流のアンバランスは生じていない。
【００１７】
なお、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０としては、例えば、ホールＣＴ（Ｈａｌｌ ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）がある。ホールＣＴの他、他のＣＴや電流計等も利用することができる。
【００１８】
このように、実施の形態１に係る電源装置では、電流バランス制御により各電源回路の出力電流を調整し、すべての出力電流が均等になるように制御することによって、特定の電源回路への電流集中を抑え、電源回路の半導体素子の劣化を抑制することができるという顕著な効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図であり、図６は、実施の形態２における電流バランス制御のフロー図であり、また、図７は、実施の形態２に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【００２０】
図５に示す実施の形態２に係る電源装置の電流バランス制御回路部と図２に示す実施の形態１の電流バランス制御回路部の回路との違いは、電源回路１，２，・・・，ｎと負荷電流Ｉ０の電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０が設けられている点と、制御信号出力回路２８の出力側に制御信号遮断回路２９が設けられている点と、これら断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎの出力がＯＲ回路３０に接続されており、ＯＲ回路３０の出力が制御信号遮断回路３０に接続されている点である。他の構成要素は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２１】
次に、実施の形態２に係る電源装置の動作について、図５、図６及び図７を用いて説明する。実施の形態２では、電流検出回路が断線した場合に、電源回路の制御がうまくいかず、電源回路間の出力電流のバランスが崩れることを防ぐために電源装置を安全に遮断するものである。断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０を有する電流バランス制御回路部２０が行う処理内容について、図６の電流バランス制御のフロー図を用いて説明する。
【００２２】
まず、電流バランス制御回路部２０にて、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０により電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０を計測する（Ｓ１）。次に、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０により電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０のいずれかが断線しているかどうか判定する（Ｓ７）。断線が検出された場合には、すべての電源回路１，２，・・・，ｎの出力を停止させる（Ｓ８）。断線が検出されなかった場合には、実施の形態１と同様、Ｓ２からＳ６により、電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎのアンバランスが改善され、均等化される。
【００２３】
図５に示すように、特定の電源回路に出力電流が集中することを防止する目的で、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０（断線した場合、プルアップ電圧が出力される回路）が設けられている。上述したように、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０を追加することで、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０の断線時には、ＯＲ回路３０の出力がＬ電位（低電位）となり、制御信号遮断回路２９により制御信号出力回路２８の出力を遮断し、制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎのすべての出力を停止する。
【００２４】
上記実施の形態１では、電流バランス制御回路部２０により電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎはそれぞれ目標出力電流Ｉｒｅf／ｎに調整されて同じ電流とされ、電源回路１，２，・・・，ｎ間の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ
にアンバランスを生じさせない場合について述べたが、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０のいずれかが断線した場合（ここでは、電流検出回路ＣＴｎが断線した場合を例にとる）には、電流バランス制御回路部２０により断線した電流検出回路ＣＴｎの電源回路ｎに出力電流Ｉｎを増加させるように制御が作用する。つまり、制御信号ＧＳｎのオン時間を長くしようと制御が働く。
【００２５】
図７に、断線検出機構の有無による出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ及び負荷電流Ｉ０の時間変化を示す。図７（ａ）に示すように、電流検出回路ＣＴｎに断線が発生し、断線検出回路Ｄｎがない場合には、断線した時間Ｔから電源回路１ｎの出力電流Ｉｎが増大し、他の電源回路１，２，・・・，ｎ−１の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ−１は減少する。すなわち、電流検出回路ＣＴｎが断線した電源回路ｎの半導体素子に電流が集中する結果となる。この結果、特定の電源回路へ電流が集中することによって、電源回路の半導体素子の劣化を引き起こすことになる。これに対して、図７（ｂ）に示すように、電流検出回路ＣＴｎに断線検出回路Ｄｎが設けられている場合には、電流検出回路ＣＴｎの断線を検出した時間Ｔで、すべての電源回路１，２，・・・，ｎが停止される。これにより、断線検出機構を設けておくことで、電流検出回路に断線が生じた場合に該当する電源回路に電流が集中する現象を回避することができる。
【００２６】
このように、実施の形態２に係る電源装置では、電流検出回路に断線検出回路を設け、電流検出回路が断線した場合には、すべての電源回路の出力電流を遮断することにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、電流検出回路の断線時に該当する電源回路の半導体素子に電流が集中する現象を回避して、電源回路の半導体素子の劣化を保護し、電源装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。
【００２７】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図であり、また、図９は、実施の形態３に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【００２８】
図８に示す実施の形態３に係る電源装置の電流バランス制御回路部と図５に示す実施の形態２の電流バランス制御回路部の回路との違いは、ＯＲ回路３０がなく、制御信号遮断回路２９の替わりに電源回路１，２，・・・，ｎ毎に制御信号遮断回路２９１，２９２，・・・，２９ｎが設けられ、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎのそれぞれの出力に接続されている点である。また、断線検出回路Ｄ０の出力は、すべての制御信号遮断回路２９１，２９２，・・・，２９ｎに接続されている。他の構成要素は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００２９】
次に、実施の形態３に係る電源装置の動作について、図８及び図９を用いて説明する。実施の形態３では、電流検出回路が断線した場合に、該当する電源回路を遮断し、他の電源回路で出力電流を補完し、負荷電流を一定に保つものである。
【００３０】
まず、電流バランス制御回路部２０にて、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０により電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０を計測する。続いて、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０により電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０のいずれかが断線しているかどうか判定する。断線が検出された場合には、制御信号遮断回路２９１，２９２，・・・，２９ｎにより該当する電源回路１，２，・・・，ｎの出力を停止させるとともに、他の電源回路により出力電流を補完し、負荷電流Ｉ０を一定に保つ。断線が検出されなかった場合には、実施の形態１と同様、電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎのアンバランスが改善され、均等化される。
【００３１】
図８に示すように、特定の電源回路に出力電流が集中することを防止する目的で、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０（断線した場合、プルアップ電圧が出力される回路）が設けられている点は実施の形態２と同様であるが、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ毎にそれぞれ制御信号遮断回路２９１，２９２，・・・，２９ｎを設けることで、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎのいずれかが断線した場合には、断線した電源回路１，２，・・・，ｎの該当する電源回路の制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎの制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎのみを遮断することができる。
【００３２】
また、例えば、電源回路ｎの電流検出回路ＣＴｎが断線したとすると、該当する制御端子Ｇｎの制御信号ＧＳｎのみを遮断した後、残りの電源回路１，２，・・・，ｎ−１で負荷に出力を供給し、かつ、出力電流ＩＩ，Ｉ２，・・・，Ｉｎ−１をバランスさせるために、目標出力電流演算回路２４の割数をｎからｎ−１に変更し、変更された目標負荷電流Ｉｒｅｆ’に合わせて制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎ−１を出力する。以上の処理を組み込むことで、特定の電流検出回路が断線しても、残りの電源回路で補完し、負荷に出力電流を供給し、かつ、電流バランス制御を継続することができる。
【００３３】
図９（ａ）に、電流検出回路ＣＴｎが断線した場合における出力電流Ｉ，２，・・・，ｎ及び負荷電流Ｉ０の時間変化を示す。図９（ａ）に示すように、時間Ｔで電流検出回路ＣＴｎに断線が発生したとすると、出力電流Ｉｎが遮断され、それに伴って残りの電源回路１，２，・・・，ｎ−１の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ−１がバランスを採りながら増加し、電源回路ｎの出力電流Ｉｎの不足分が補完される。図９（ｂ）に、制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎ−１に入力される制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎ−１を示す。また、図９（ｃ）に、制御端子Ｇｎの制御信号ＧＳｎを示す。これにより、特定の電流検出回路が断線しても該当する電源回路の半導体素子に電流が集中する現象を回避することができ、半導体素子の劣化を引き起こすことを阻止することができる。また、特定の電流検出回路が断線しても、継続して安定的に負荷に電力を供給することができる。
【００３４】
このように、実施の形態３に係る電源装置では、電流検出回路に断線検出回路を設け、電流検出回路が断線した場合には、当該電源回路の出力電流を遮断し、残りの電源回路の出力電流により補完させることで、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、特定の電流検出回路が断線しても、不足分を他の電源回路で補完して継続して安定的に負荷に電力を供給することができ、電源装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。
【００３５】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図であり、また、図１１は、実施の形態４に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【００３６】
図１０に示す実施の形態４に係る電源装置の電流バランス制御回路部と図５に示す実施の形態２の電流バランス制御回路部の回路との違いは、電源回路１，２，・・・，ｎの電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎの断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎの替わりに、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎと出力電流指令回路２６の出力側との間に出力電流・指令信号比較回路Ｃ１、Ｃ２，・・・，Ｃｎが設けられている点と、これら出力電流・指令信号比較回路Ｃ１、Ｃ２，・・・，Ｃｎの出力がＯＲ回路３０に接続されており、ＯＲ回路３０の制御信号遮断回路２９に接続されている点である。他の構成要素は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
次に、実施の形態４における電源装置の動作について、図１０及び図１１を用いて説明する。実施の形態４では、実施の形態２の断線検出回路の替わりに出力電流・指令信号比
較回路を用い、電流検出回路が断線した場合に、電源回路の制御がうまくいかず、電源回路間の出力電流のバランスが崩れることを防ぐために電源装置を安全に遮断するものである。
【００３８】
図５で示す実施の形態２では、特定の電源回路に出力電流が集中することを防止する目的で、断線検出機能として電流検出回路の出力側に断線検出回路が設けられていたが、図１０に示すように、実施の形態４では、断線検出回路の替わりに出力電流・指令信号比較回路が設けられている。これは、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎにより検出された電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉｍ（Ｉｍ１，Ｉｍ２，・・・，Ｉｍｎ）と指令出力電流Ｉｇ（制御出力電流指令信号のパルス幅から換算、Ｉｇ１，Ｉｇ２，・・・，Ｉｇｎ）とを比較することで電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎの断線を検出するものである。図１１（ａ）に、出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎを、図１１（ｂ）に、指令出力電流Ｉｇと出力電流Ｉｍを、図１１（ｃ）に指令出力電流Ｉｇと出力電流Ｉｍの差電流ΔＩｃの時間変化を示す。
【００３９】
例えば、電流検出回路ＣＴｎが断線した場合に電源回路ｎの指令出力電流Ｉｇｎの制御信号のＰＷＭパルス幅が増加するのに対して、計測された出力電流Ｉｍｎが変化しないことを利用し、双方の差電流ΔＩｃ（＝Ｉｇｎ―Ｉｍｎ）から断線を検出するもので、差電流ΔＩｃが所定の上限値ΔＩｍａｘを超えた場合に電流検出回路ＣＴｎが断線したものと判定する（図１１（ｃ））。このように、出力電流・指令信号比較回路Ｃ１、Ｃ２，・・・，Ｃｎで電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎのいずれかの断線が検出されると、ＯＲ回路３０の出力がＬ電位となり、制御信号遮断回路２９により制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎのすべての出力を停止する。これにより、電源回路１，２，・・・，ｎのすべての出力電流が停止される。これにより、実施の形態２と同様に電流検出回路の断線を検出することができる。
【００４０】
実施の形態２と同様、図１１（ａ）に示すように、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎに出力電流・指令信号比較回路Ｃ１、Ｃ２，・・・，Ｃｎによる断線検出機能がない場合には、例えば、電流検出回路ＣＴｎで断線が発生したとすると、断線した時間Ｔ１から電源回路ｎの出力電流Ｉｎが増大し、他の電源回路１，２，・・・，ｎ−１の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ−１は減少する。すなわち、断線した電流検出回路ＣＴｎの電源回路ｎの半導体素子に電流が集中する結果となる。この結果、特定の電源回路へ電流が集中することによって、電源回路の半導体素子の劣化を引き起こすことになる。これに対して、図１１（ｃ）に示すように、電流検出回路ＣＴｎに出力電流・指令信号比較回路Ｃｎが設けられている場合には、電流検出回路ＣＴｎの断線を検出した時間Ｔ２で、すべての出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎが遮断される。従って、電流検出回路に断線検出機能として出力電流・指令信号比較回路を設けることにより、電流検出回路に断線が発生しても、１つの電源回路に電流が集中する現象を回避することができる。
【００４１】
このように、実施の形態４に係る電源装置では、出力電流・指令信号比較回路による電流検出回路の断線検出機能を設け、電流検出回路が断線した場合には、すべての電源回路の出力電流を遮断することにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、電流検出回路の断線時に該当する電源回路の半導体素子に電流が集中する現象を回避して、電源回路の半導体素子の劣化を保護し、電源装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。
【００４２】
実施の形態５．
図１２は、実施の形態５に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【００４３】
図１２に示す実施の形態５に係る電源装置の電流バランス制御回路部と図５に示す実施の形態２の電流バランス制御回路部の回路との違いは、電源回路１，２，・・・，ｎと負荷電流Ｉ０の電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０の替わりに過電流検出回路Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ，Ｒ０が設けられており、これら断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０の出力がＯＲ回路３０に接続されており、ＯＲ回路３０の制御信号遮断回路２９に接続されている点である。他の構成要素は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
次に、実施の形態５に係る電源装置の動作について、図１２を用いて説明する。実施の形態５では、電源回路に不具合が発生し、該当する電源回路の出力電流が増大し、設定された上限を超えた場合に、電源回路の制御がうまくいかず、電源回路間の出力電流のバランスが崩れることを防ぐために電源装置を安全に遮断するものである。
【００４５】
電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に接続された過電流検出回路Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ，Ｒ０により電源回路１，２，・・・，ｎのいずれかの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎが増大しているかどうかを検出し、予め設定された出力電流を超える場合には、該当する電源回路に不具合が発生しているものと判定する。不具合が発生していると判定された場合には、すべての電源回路１，２，・・・，ｎの出力を停止させる。不具合が検出されない場合には、実施の形態１と同様、電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎのアンバランスが改善され、均等化される。
【００４６】
このように、実施の形態５に係る電源装置では、電流検出回路に過電流検出機能を設け、電源回路に不具合が発生した場合には、すべての電源回路の出力電流を遮断することにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、不具合が発生した電源回路の半導体素子に電流が集中する現象を回避して、電源回路の半導体素子の劣化を保護し、電源装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。
【００４７】
また、図１３は、実施の形態５に係る電源装置の他の実施態様を示す電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。この実施態様では、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０及び過電流検出回路Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ，Ｒ０が接続されたもので、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に断線検出と電源回路１，２，・・・，ｎの不具合検出の両方の機能を有するものである。さらに、実施の形態３と同様、制御信号遮断回路を電源回路毎に設けることにより、電流検出回路が断線したり、電源回路に不具合が発生したりした場合に、該当する電源回路を遮断し、他の電源回路で出力電流を補完し、負荷電流を一定に保つこともできる。
【００４８】
なお、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１，２，・・・，ｎ 電源回路
１０ 電源回路部
２０ 電流バランス制御回路部
２１，２２ 差電流演算回路
２３，２５ ＰＩ制御回路
２６ 出力電流指令回路
２７ キャリア波発生回路
２８ 制御信号出力回路
２９ 制御信号遮断回路
３０ ＯＲ回路
Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｎ 出力電流・指令信号比較回路
ＣＴ０，ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ 電流検出回路
Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ 断線検出回路
Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎ 制御端子
ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎ 制御信号
Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ 出力電流
Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ 過電流検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電源回路が並列運転され、負荷に直流の大電流を高精度に供給するための電流バランス制御回路を有する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
出力電流が大きく効率の優れた電源を得るためには、電源回路を多並列構成とする必要がある。しかしながら、電源回路を多並列構成として直流大電流を出力する電源装置では、各電源回路のインピーダンス特性を均等にしなければならず、例えば、電源回路に使用される半導体素子の特性を合わせることが必要である。また、半導体素子の特性を合わせても、微少なインピーダンスの差異により、多並列構成とした電源回路に流れる電流にアンバランスが生じる。さらに、各半導体素子の劣化速度が異なり、時間経過に伴い各電源回路に流れる電流のアンバランスが増大する。その結果、半導体素子の特性、インピーダンスのばらつきにより、１つの電源回路に電流が集中する可能性があり、更には、半導体素子が損傷される場合がある。
【０００３】
この対策として、例えば、特許文献１に示す従来の電源装置およびその並列運転制御回路においては、各電源モジュールの出力電流をバランスさせる制御を行うため、各電源モジュールの出力電圧を均等化することで出力電流が均等化されるという考えに基づき、各電源モジュールの出力端に逆流防止ダイオードを設置し、抵抗を介して逆流防止ダイオードのアノード電圧を制御回路に入力し、各電源モジュールのアノード電圧が等しくなるように各ゲート幅を制御し、出力電流のバランス制御を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６９８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電源装置およびその並列運転制御回路では、各電源モジュールの出力端にダイオードを設置し、ダイオードのアノード電圧を検出し電流バランス制御を行っているので、直流の大電流を出力する電源装置においては、容量的な理由から電源モジュールの出力端(大電流ライン)にダイオードを設置することが困難であり、かつ装置効率が低下するという問題があった。また、ダイオードの特性のばらつきにより、必ずしも出力電流が十分に均等化されないという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電源回路が並列接続された直流の大電流を供給する電源装置において、特定の電源回路への電流集中を抑え、電源回路のそれぞれの出力電流が均等にすることができる電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、並列接続されて負荷に電流を供給する複数の電源回路と、前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流及び前記負荷電流を計測する電流計測回路と、予め目標負荷電流が設定され、この目標負荷電流を前記電源回路数で割った目標出力電流を算出するとともに、前記負荷電流と前記目標負荷電流との差電流及び前記目標出力電流と前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流との差電流を算出し、これら差電流に基づいて、前記負荷電流が前記目標負荷電流に合致するよう、かつ、前記
複数の電源回路のそれぞれの出力電流が均等になるように制御する電流バランス制御回路と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電源装置によれば、電流バランス制御により各電源回路の出力電流を調整し、すべての出力電流が均等になるように制御することによって、特定の電源回路への電流集中を抑え、電源回路の半導体素子の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る電源装置の電源回路部の回路ブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図３】実施の形態１における電流バランス制御のフロー図である。
【図４】実施の形態１に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図６】実施の形態２における電流バランス制御のフロー図である。
【図７】実施の形態２に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図９】実施の形態３に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【図１０】実施の形態４に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図１１】実施の形態４に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【図１２】実施の形態５に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【図１３】実施の形態５に係る電源装置の他の実施態様を示す電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る電源装置について、図１〜図１３を参照して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電源装置の電源回路部の回路ブロック図であり、図２は、実施の形態１に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図であり、図３は、実施の形態１における電流バランス制御のフロー図であり、また、図４は、実施の形態１に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、電源装置は、電源回路部１０及び電流バランス制御回路部２０からなり、電源回路部１０は、並列に接続された複数（ｎ台）の電源回路１，２，・・・，ｎと、これら電源回路１，２，・・・，ｎの出力部の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ及び並列出力部の負荷電流Ｉｏを計測する電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０と、電流バランス制御回路部２０からの制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎを入力する電源回路１，２，・・・，ｎの制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎと、により構成されている。
【００１３】
また、電流バランス制御回路部２０は、目標負荷電流Ｉｒｅｆから目標出力電流Ｉｒｅf／ｎを算出する目標出力電流演算回路２４と、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎにより計測された電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉ
ｎと目標出力電流Ｉｒｅf／ｎとの差電流ΔＩ１，ΔＩ２，・・・，ΔＩｎを算出する差電流演算回路２２と、この差電流ΔＩ１，ΔＩ２，・・・，ΔＩｎを安定化させるＰＩ制御回路２３と、電流検出回路ＣＴ０により計測された電源回路１，２，・・・，ｎの並列出力（負荷電流）Ｉ０と目標負荷電流Ｉｒｅｆとの差電流ΔＩ０を算出する差電流演算回路２１と、この差電流ΔＩ０を安定化させるＰＩ制御回路２５と、ＰＩ制御回路２２及びＰＩ制御回路２５から出力される差電流ΔＩにより電流バランス制御された出力電流を指令する出力電流指令回路２６と、三角波を発生させるキャリア波発生回路２７と、出力電流指令回路２６から出力される指令値に基づき三角波からＰＷＭパルス波（矩形波）の制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎを出力する制御信号出力回路２８と、により構成されている。
【００１４】
次に、実施の形態１に係る電源装置の動作について、図１から図４を用いて説明する。電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎで計測された電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎを均等にバランスさせるために、電流検出回路ＣＴ０で計測された負荷電流Ｉ０を目標負荷電流Ｉｒｅｆに合わせるために、電流バランス制御回路部２０が行う処理内容について、図３の電流バランス制御のフロー図を用いて説明する。
【００１５】
まず、電流バランス制御回路部２０にて、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０により電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０を計測する（Ｓ１）。次に、差電流演算回路２１では、出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎの目標出力電流Ｉｒｅf／ｎが算出され（Ｓ２）、また、差電流演算回路２２では、目標出力電流Ｉｒｅf／ｎと計測された出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎとが各々比較され、各出力電流をバランスさせるため目標出力電流Ｉｒｅf／ｎと出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎとの差（差電流ΔＩ）ΔＩ１，ΔＩ２，・・・，ΔＩｎが算出される（Ｓ３）。続いて、目標負荷電流Ｉｒｅｆと実測値である負荷電流Ｉ０との差電流Δ０が算出される（Ｓ４）。また、差電流ΔＩの急激な変動を抑えるためＰＩ制御回路２３にて安定化された後、出力電流指令回路２６に出力される。同時に、差電流Δ０は、ＰＩ制御回路２５にて安定化された後、出力電流指令回路２６に出力される。さらに、出力電流指令回路２６では、目標負荷電流Ｉｒｅｆに合わせた負荷電流Ｉ０を流すため、差電流ΔＩ１，ΔＩ２，・・・，ΔＩｎから差電流Δ０が各々減算処理され、出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎの電流をバランスさせる出力電流指令値が算出され、制御信号出力回路２８に出力される（Ｓ５）。最後に、制御信号出力回路２８では、キャリア波発生回路２７にて生成された三角波と出力電流指令回路２６から出力された出力電流指令値が比較され、電源回路１，２，・・・，ｎを駆動させるためのＰＷＭパルス波の制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎが生成され、制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎに出力される（Ｓ６）。以下、これが繰り返される。
【００１６】
これにより、電源装置の電源回路１，２，・・・，ｎに電流バランス制御回路部２０を組み込むことで、各電源回路１，２，・・・，ｎのインピーダンスに依存する出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎのアンバランスが改善され、均等化される（図４）。図４（ａ）は、従来の電源装置の電流バランス制御による出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０の時間変化を示す。図４（ｂ）は、本実施の形態１の電源回路部１０による出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０の時間変化を示す。同じ負荷電流Ｉ０に対して、従来の電源装置では、ダイオードの特性のばらつきにより電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ間の調整がされず、アンバランスのままであるが、本実施の形態１の電源装置による電流バランス制御では、電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎはそれぞれ目標出力電流Ｉｒｅf／ｎに調整されて同じ出力電流となり、電源回路間の電流のアンバランスは生じていない。
【００１７】
なお、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０としては、例えば、ホールＣＴ（Ｈａｌｌ ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）がある。ホールＣＴの他、他のＣＴや電流計等も利用することができる。
【００１８】
このように、実施の形態１に係る電源装置では、電流バランス制御により各電源回路の出力電流を調整し、すべての出力電流が均等になるように制御することによって、特定の電源回路への電流集中を抑え、電源回路の半導体素子の劣化を抑制することができるという顕著な効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図であり、図６は、実施の形態２における電流バランス制御のフロー図であり、また、図７は、実施の形態２に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【００２０】
図５に示す実施の形態２に係る電源装置の電流バランス制御回路部と図２に示す実施の形態１の電流バランス制御回路部の回路との違いは、電源回路１，２，・・・，ｎと負荷電流Ｉ０の電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０が設けられている点と、制御信号出力回路２８の出力側に制御信号遮断回路２９が設けられている点と、これら断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎの出力がＯＲ回路３０に接続されており、ＯＲ回路３０の出力が制御信号遮断回路３０に接続されている点である。他の構成要素は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２１】
次に、実施の形態２に係る電源装置の動作について、図５、図６及び図７を用いて説明する。実施の形態２では、電流検出回路が断線した場合に、電源回路の制御がうまくいかず、電源回路間の出力電流のバランスが崩れることを防ぐために電源装置を安全に遮断するものである。断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０を有する電流バランス制御回路部２０が行う処理内容について、図６の電流バランス制御のフロー図を用いて説明する。
【００２２】
まず、電流バランス制御回路部２０にて、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０により電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０を計測する（Ｓ１）。次に、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０により電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０のいずれかが断線しているかどうか判定する（Ｓ７）。断線が検出された場合には、すべての電源回路１，２，・・・，ｎの出力を停止させる（Ｓ８）。断線が検出されなかった場合には、実施の形態１と同様、Ｓ２からＳ６により、電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎのアンバランスが改善され、均等化される。
【００２３】
図５に示すように、特定の電源回路に出力電流が集中することを防止する目的で、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０（断線した場合、プルアップ電圧が出力される回路）が設けられている。上述したように、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０を追加することで、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０の断線時には、ＯＲ回路３０の出力がＬ電位（低電位）となり、制御信号遮断回路２９により制御信号出力回路２８の出力を遮断し、制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎのすべての出力を停止する。
【００２４】
上記実施の形態１では、電流バランス制御回路部２０により電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎはそれぞれ目標出力電流Ｉｒｅf／ｎに調整されて同じ電流とされ、電源回路１，２，・・・，ｎ間の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ
にアンバランスを生じさせない場合について述べたが、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０のいずれかが断線した場合（ここでは、電流検出回路ＣＴｎが断線した場合を例にとる）には、電流バランス制御回路部２０により断線した電流検出回路ＣＴｎの電源回路ｎに出力電流Ｉｎを増加させるように制御が作用する。つまり、制御信号ＧＳｎのオン時間を長くしようと制御が働く。
【００２５】
図７に、断線検出機構の有無による出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ及び負荷電流Ｉ０の時間変化を示す。図７（ａ）に示すように、電流検出回路ＣＴｎに断線が発生し、断線検出回路Ｄｎがない場合には、断線した時間Ｔから電源回路１ｎの出力電流Ｉｎが増大し、他の電源回路１，２，・・・，ｎ−１の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ−１は減少する。すなわち、電流検出回路ＣＴｎが断線した電源回路ｎの半導体素子に電流が集中する結果となる。この結果、特定の電源回路へ電流が集中することによって、電源回路の半導体素子の劣化を引き起こすことになる。これに対して、図７（ｂ）に示すように、電流検出回路ＣＴｎに断線検出回路Ｄｎが設けられている場合には、電流検出回路ＣＴｎの断線を検出した時間Ｔで、すべての電源回路１，２，・・・，ｎが停止される。これにより、断線検出機構を設けておくことで、電流検出回路に断線が生じた場合に該当する電源回路に電流が集中する現象を回避することができる。
【００２６】
このように、実施の形態２に係る電源装置では、電流検出回路に断線検出回路を設け、電流検出回路が断線した場合には、すべての電源回路の出力電流を遮断することにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、電流検出回路の断線時に該当する電源回路の半導体素子に電流が集中する現象を回避して、電源回路の半導体素子の劣化を保護し、電源装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。
【００２７】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図であり、また、図９は、実施の形態３に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【００２８】
図８に示す実施の形態３に係る電源装置の電流バランス制御回路部と図５に示す実施の形態２の電流バランス制御回路部の回路との違いは、ＯＲ回路３０がなく、制御信号遮断回路２９の替わりに電源回路１，２，・・・，ｎ毎に制御信号遮断回路２９１，２９２，・・・，２９ｎが設けられ、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎのそれぞれの出力に接続されている点である。また、断線検出回路Ｄ０の出力は、すべての制御信号遮断回路２９１，２９２，・・・，２９ｎに接続されている。他の構成要素は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００２９】
次に、実施の形態３に係る電源装置の動作について、図８及び図９を用いて説明する。実施の形態３では、電流検出回路が断線した場合に、該当する電源回路を遮断し、他の電源回路で出力電流を補完し、負荷電流を一定に保つものである。
【００３０】
まず、電流バランス制御回路部２０にて、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０により電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎと負荷電流Ｉ０を計測する。続いて、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０により電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０のいずれかが断線しているかどうか判定する。断線が検出された場合には、制御信号遮断回路２９１，２９２，・・・，２９ｎにより該当する電源回路１，２，・・・，ｎの出力を停止させるとともに、他の電源回路により出力電流を補完し、負荷電流Ｉ０を一定に保つ。断線が検出されなかった場合には、実施の形態１と同様、電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎのアンバランスが改善され、均等化される。
【００３１】
図８に示すように、特定の電源回路に出力電流が集中することを防止する目的で、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０（断線した場合、プルアップ電圧が出力される回路）が設けられている点は実施の形態２と同様であるが、断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ毎にそれぞれ制御信号遮断回路２９１，２９２，・・・，２９ｎを設けることで、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎのいずれかが断線した場合には、断線した電源回路１，２，・・・，ｎの該当する電源回路の制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎの制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎのみを遮断することができる。
【００３２】
また、例えば、電源回路ｎの電流検出回路ＣＴｎが断線したとすると、該当する制御端子Ｇｎの制御信号ＧＳｎのみを遮断した後、残りの電源回路１，２，・・・，ｎ−１で負荷に出力を供給し、かつ、出力電流ＩＩ，Ｉ２，・・・，Ｉｎ−１をバランスさせるために、目標出力電流演算回路２４の割数をｎからｎ−１に変更し、変更された目標負荷電流Ｉｒｅｆ’に合わせて制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎ−１を出力する。以上の処理を組み込むことで、特定の電流検出回路が断線しても、残りの電源回路で補完し、負荷に出力電流を供給し、かつ、電流バランス制御を継続することができる。
【００３３】
図９（ａ）に、電流検出回路ＣＴｎが断線した場合における出力電流Ｉ，２，・・・，ｎ及び負荷電流Ｉ０の時間変化を示す。図９（ａ）に示すように、時間Ｔで電流検出回路ＣＴｎに断線が発生したとすると、出力電流Ｉｎが遮断され、それに伴って残りの電源回路１，２，・・・，ｎ−１の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ−１がバランスを採りながら増加し、電源回路ｎの出力電流Ｉｎの不足分が補完される。図９（ｂ）に、制御端子Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎ−１に入力される制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎ−１を示す。また、図９（ｃ）に、制御端子Ｇｎの制御信号ＧＳｎを示す。これにより、特定の電流検出回路が断線しても該当する電源回路の半導体素子に電流が集中する現象を回避することができ、半導体素子の劣化を引き起こすことを阻止することができる。また、特定の電流検出回路が断線しても、継続して安定的に負荷に電力を供給することができる。
【００３４】
このように、実施の形態３に係る電源装置では、電流検出回路に断線検出回路を設け、電流検出回路が断線した場合には、当該電源回路の出力電流を遮断し、残りの電源回路の出力電流により補完させることで、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、特定の電流検出回路が断線しても、不足分を他の電源回路で補完して継続して安定的に負荷に電力を供給することができ、電源装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。
【００３５】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図であり、また、図１１は、実施の形態４に係る電源装置の出力電流を示す図である。
【００３６】
図１０に示す実施の形態４に係る電源装置の電流バランス制御回路部と図５に示す実施の形態２の電流バランス制御回路部の回路との違いは、電源回路１，２，・・・，ｎの電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎの断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎの替わりに、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎと出力電流指令回路２６の出力側との間に出力電流・指令信号比較回路Ｃ１、Ｃ２，・・・，Ｃｎが設けられている点と、これら出力電流・指令信号比較回路Ｃ１、Ｃ２，・・・，Ｃｎの出力がＯＲ回路３０に接続されており、ＯＲ回路３０の制御信号遮断回路２９に接続されている点である。他の構成要素は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
次に、実施の形態４における電源装置の動作について、図１０及び図１１を用いて説明する。実施の形態４では、実施の形態２の断線検出回路の替わりに出力電流・指令信号比
較回路を用い、電流検出回路が断線した場合に、電源回路の制御がうまくいかず、電源回路間の出力電流のバランスが崩れることを防ぐために電源装置を安全に遮断するものである。
【００３８】
図５で示す実施の形態２では、特定の電源回路に出力電流が集中することを防止する目的で、断線検出機能として電流検出回路の出力側に断線検出回路が設けられていたが、図１０に示すように、実施の形態４では、断線検出回路の替わりに出力電流・指令信号比較回路が設けられている。これは、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎにより検出された電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉｍ（Ｉｍ１，Ｉｍ２，・・・，Ｉｍｎ）と指令出力電流Ｉｇ（制御出力電流指令信号のパルス幅から換算、Ｉｇ１，Ｉｇ２，・・・，Ｉｇｎ）とを比較することで電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎの断線を検出するものである。図１１（ａ）に、出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎを、図１１（ｂ）に、指令出力電流Ｉｇと出力電流Ｉｍを、図１１（ｃ）に指令出力電流Ｉｇと出力電流Ｉｍの差電流ΔＩｃの時間変化を示す。
【００３９】
例えば、電流検出回路ＣＴｎが断線した場合に電源回路ｎの指令出力電流Ｉｇｎの制御信号のＰＷＭパルス幅が増加するのに対して、計測された出力電流Ｉｍｎが変化しないことを利用し、双方の差電流ΔＩｃ（＝Ｉｇｎ―Ｉｍｎ）から断線を検出するもので、差電流ΔＩｃが所定の上限値ΔＩｍａｘを超えた場合に電流検出回路ＣＴｎが断線したものと判定する（図１１（ｃ））。このように、出力電流・指令信号比較回路Ｃ１、Ｃ２，・・・，Ｃｎで電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎのいずれかの断線が検出されると、ＯＲ回路３０の出力がＬ電位となり、制御信号遮断回路２９により制御信号ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎのすべての出力を停止する。これにより、電源回路１，２，・・・，ｎのすべての出力電流が停止される。これにより、実施の形態２と同様に電流検出回路の断線を検出することができる。
【００４０】
実施の形態２と同様、図１１（ａ）に示すように、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎに出力電流・指令信号比較回路Ｃ１、Ｃ２，・・・，Ｃｎによる断線検出機能がない場合には、例えば、電流検出回路ＣＴｎで断線が発生したとすると、断線した時間Ｔ１から電源回路ｎの出力電流Ｉｎが増大し、他の電源回路１，２，・・・，ｎ−１の出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ−１は減少する。すなわち、断線した電流検出回路ＣＴｎの電源回路ｎの半導体素子に電流が集中する結果となる。この結果、特定の電源回路へ電流が集中することによって、電源回路の半導体素子の劣化を引き起こすことになる。これに対して、図１１（ｃ）に示すように、電流検出回路ＣＴｎに出力電流・指令信号比較回路Ｃｎが設けられている場合には、電流検出回路ＣＴｎの断線を検出した時間Ｔ２で、すべての出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎが遮断される。従って、電流検出回路に断線検出機能として出力電流・指令信号比較回路を設けることにより、電流検出回路に断線が発生しても、１つの電源回路に電流が集中する現象を回避することができる。
【００４１】
このように、実施の形態４に係る電源装置では、出力電流・指令信号比較回路による電流検出回路の断線検出機能を設け、電流検出回路が断線した場合には、すべての電源回路の出力電流を遮断することにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、電流検出回路の断線時に該当する電源回路の半導体素子に電流が集中する現象を回避して、電源回路の半導体素子の劣化を保護し、電源装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。
【００４２】
実施の形態５．
図１２は、実施の形態５に係る電源装置の電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。
【００４３】
図１２に示す実施の形態５に係る電源装置の電流バランス制御回路部と図５に示す実施の形態２の電流バランス制御回路部の回路との違いは、電源回路１，２，・・・，ｎと負荷電流Ｉ０の電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０の替わりに過電流検出回路Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ，Ｒ０が設けられており、これら断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０の出力がＯＲ回路３０に接続されており、ＯＲ回路３０の制御信号遮断回路２９に接続されている点である。他の構成要素は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
次に、実施の形態５に係る電源装置の動作について、図１２を用いて説明する。実施の形態５では、電源回路に不具合が発生し、該当する電源回路の出力電流が増大し、設定された上限を超えた場合に、電源回路の制御がうまくいかず、電源回路間の出力電流のバランスが崩れることを防ぐために電源装置を安全に遮断するものである。
【００４５】
電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に接続された過電流検出回路Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ，Ｒ０により電源回路１，２，・・・，ｎのいずれかの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎが増大しているかどうかを検出し、予め設定された出力電流を超える場合には、該当する電源回路に不具合が発生しているものと判定する。不具合が発生していると判定された場合には、すべての電源回路１，２，・・・，ｎの出力を停止させる。不具合が検出されない場合には、実施の形態１と同様、電源回路１，２，・・・，ｎの出力電流Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎのアンバランスが改善され、均等化される。
【００４６】
このように、実施の形態５に係る電源装置では、電流検出回路に過電流検出機能を設け、電源回路に不具合が発生した場合には、すべての電源回路の出力電流を遮断することにより、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、不具合が発生した電源回路の半導体素子に電流が集中する現象を回避して、電源回路の半導体素子の劣化を保護し、電源装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。
【００４７】
また、図１３は、実施の形態５に係る電源装置の他の実施態様を示す電流バランス制御回路部の回路ブロック図である。この実施態様では、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に断線検出回路Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，Ｄ０及び過電流検出回路Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ，Ｒ０が接続されたもので、電流検出回路ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ，ＣＴ０に断線検出と電源回路１，２，・・・，ｎの不具合検出の両方の機能を有するものである。さらに、実施の形態３と同様、制御信号遮断回路を電源回路毎に設けることにより、電流検出回路が断線したり、電源回路に不具合が発生したりした場合に、該当する電源回路を遮断し、他の電源回路で出力電流を補完し、負荷電流を一定に保つこともできる。
【００４８】
なお、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１，２，・・・，ｎ 電源回路
１０ 電源回路部
２０ 電流バランス制御回路部
２１，２２ 差電流演算回路
２３，２５ ＰＩ制御回路
２６ 出力電流指令回路
２７ キャリア波発生回路
２８ 制御信号出力回路
２９ 制御信号遮断回路
３０ ＯＲ回路
Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｎ 出力電流・指令信号比較回路
ＣＴ０，ＣＴ１，ＣＴ２，・・・，ＣＴｎ 電流検出回路
Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ 断線検出回路
Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎ 制御端子
ＧＳ１，ＧＳ２，・・・，ＧＳｎ 制御信号
Ｉ１，Ｉ２，・・・，Ｉｎ 出力電流
Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ 過電流検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続されて負荷に電流を供給する複数の電源回路と、
前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流及び前記負荷電流を計測する電流計測回路と、
予め目標負荷電流が設定され、この目標負荷電流を前記電源回路数で割った目標出力電流を算出するとともに、前記負荷電流と前記目標負荷電流との差電流及び前記目標出力電流と前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流との差電流を算出し、これら差電流に基づいて、前記負荷電流が前記目標負荷電流に合致するよう、かつ、前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流が均等になるように制御する電流バランス制御回路と、を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電流計測回路のそれぞれには、前記電流計測回路が断線しているかどうかを判定する断線検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記断線検出手段は、前記電源回路の出力電流と前記電流バランス制御回路から出される指令出力電流とを比較する比較回路で構成されるものであり、前記指令出力電流に対して、前記出力電流が応答しない場合には、当該電流計測回路が断線していると判定するものであることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電流計測回路のそれぞれには、前記電源回路の出力電流が所定の電流を超えているかどうかを判定する過電流検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電流計測回路のいずれかにおいて、断線もしくは過電流が検出された場合には、すべての前記電源回路の出力を遮断することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記電流計測回路のいずれかにおいて、断線もしくは過電流が検知された場合には、該当する前記電源回路のみ出力を遮断し、前記断線もしくは過電流が検出された電流計測回路に該当する前記電源回路の出力電流分を他の前記電源回路の出力電流にて補完させることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１】
並列接続されて負荷に電流を供給する複数の電源回路と、
前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流及び前記負荷電流を計測する電流計測回路と、
予め目標負荷電流が設定され、この目標負荷電流を前記電源回路数で割った目標出力電流を算出するとともに、前記負荷電流と前記目標負荷電流との差電流及び前記目標出力電流と前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流との差電流を算出し、これら差電流に基づいて、前記負荷電流が前記目標負荷電流に合致するよう、かつ、前記複数の電源回路のそれぞれの出力電流が均等になるように制御する電流バランス制御回路と、を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電流計測回路のそれぞれには、前記電流計測回路が断線しているかどうかを判定する断線検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記断線検出手段は、前記電源回路の出力電流と前記電流バランス制御回路から出される指令出力電流とを比較する比較回路で構成されるものであり、前記指令出力電流に対して、前記出力電流が応答しない場合には、当該電流計測回路が断線していると判定するものであることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電流計測回路のそれぞれには、前記電源回路の出力電流が所定の電流を超えているかどうかを判定する過電流検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電流計測回路のいずれかにおいて、断線もしくは過電流が検出された場合には、すべての前記電源回路の出力を遮断することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記電流計測回路のいずれかにおいて、断線もしくは過電流が検知された場合には、該当する前記電源回路のみ出力を遮断し、前記断線もしくは過電流が検出された電流計測回路に該当する前記電源回路の出力電流分を他の前記電源回路の出力電流にて補完させることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２４４８６６（Ｐ２０１２−２４４８６６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５５２７（Ｐ２０１１−１１５５２７）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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