JP4418197B2

JP4418197B2 - 過電圧保護回路とこれを利用する電源、電源システム及び電子装置

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Inventors: 英穂山村; 直樹丸; 聡富岡; 基晴殖栗
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Description

本発明は、冗長並列構成される過電圧保護回路とこれを利用する電源、電源システム及び電子装置に関する。

信頼性向上のために、電源を冗長並列構成にすることがある。複数の電源を並列接続し、並列運転した、並列構成の電源システムを構築するに際し、必要台数Ｎよりも多い台数の電源を並列接続し、並列運転することにより、すなわち電源システムを冗長並列構成にすることにより、電源が故障しても、電源システムは停止せずに運転を継続するようにして、電源システムの信頼性を向上させることがある。電源システムの信頼性向上が実現すれば、電源システムを組み込んだ電子装置の信頼性が向上し、その電子装置が提供するサービスの信頼性も向上する。電源の冗長並列構成には、Ｎ＋１台の電源を並列運転する場合や、それ以上の電源を並列運転する場合などがある。

この冗長並列構成を実現する従来の技術として並列用ダイオード（オア・ダイオード）を使った技術がある。例えば、デンセイ・ラムダ社の「スイッチング電源総合カタログ２００２」のＢ-２ページやＢ-２１４〜Ｂ-２１８ページの「並列運転アプリケーションノート」などに記載されている（非特許文献１）。この従来技術によれば、各電源の出力端子の片方（例えば高電位側）に直列にダイオードの第１の端子側（例えばアノード端子）を接続し、複数のダイオードの第2の端子側（例えばカソード端子）を共通に接続して、並列運転を実現している。

また並列運転を実現する技術は既に知られており、たとえば、テキサス・インスツルメント社あるいはユニトロード社の、ＵＣ３９０２あるいはＵＣ３９０７のデータシート、または、同社のアプリケーション・ノート “UC3907 LOAD SHARE IC SIMPLIFIES PARALLEL POWER SUPPLY DESIGN” あるいは “THE UC3902 LOAD SHARE CONTROLLER AND ITS PERFORMANCE IN DISTRIBUTED POWER SYSTEMS” などに詳細に説明されているように、複数台ある電源の負荷電流を観測し、負荷電流の少ない電源の出力電圧を上昇させて、負荷電流を均等化させる並列運転技術がある。この並列運転技術は、冗長並列構成であってもなくても、電源を並列運転する場合に用いられている。

図１は、従来技術の例を示す電源の機能ブロック図である。この図は電源100と200とが冗長並列構成されている例である。この従来技術の例は、各電源の出力端子102、202にそれぞれ直列にオア・ダイオード103、203が接続されこのオア・ダイオードのカソード端子が共通に接続されて電源システムの出力端子300となっており、並列冗長構成を実現している。並列運転技術は電源内部の回路にある。電源100の中では、入力端子101からの電力がパワー回路105を介して出力端子102に出力される。このパワー回路は、電圧変換の役割を果たすと同時に、誤差増幅器106で出力電圧を制御されており、リモートセンス端子104の電圧が基準電圧源113からの電圧と等しくなるように制御されて、出力電圧の安定化などの電源の基本機能を果たす。出力端子102への電流すなわち出力電流は抵抗107で検出され、電流検出回路108で出力電流検出電圧になり、抵抗109を介して、並列運転制御端子110に出力され、電源200の並列運転制御端子210と接続される。両並列運転制御端子110、210が接続されているので、抵抗109の両端に発生する電圧は電源100の出力電流の差分を反映するものとなる。この差分電流を電流比較回路111で検出して、加算器112により基準電圧113に電圧を加算してパワー回路105の出力電圧を調節することにより、出力電流の差分が小さくなるように電流バランスを取る。このように各電源間の電流バランスを実現することによって、並列運転が実現される。

過電圧検出回路114は、電源が故障して出力電圧が異常に高くなった場合に、負荷あるいは電源自身の保護のために、電源の動作を停止させる。この過電圧検出回路は電源の過電圧保護回路の主な構成要素であり、図示していないが、出力電圧が低下した場合の停止回路や、電源の状態などの報告回路が付くこともある。また過電圧検出回路は、本回路ではオア・ダイオードのカソード端子に接続されているが、アノード端子に接続されることもある。図にないが、リモート・センス端子を用いない場合などもある。

この冗長並列構成の従来の技術によれば、電源が１台故障して出力電圧が低下した場合に、オア・ダイオードが逆バイアスされるので、他の正常な電源から切り離されて、電源システムとしては所定の出力電圧の出力を継続でき、負荷の電子回路などは正常運転を続けることができる。たとえこの故障が半導体やコンデンサ等の短絡等によるものであって電源の出力端子間が短絡しても、オア・ダイオードの作用により、他の電源の出力電流を短絡することはなく、電源システムとしては所定の出力電圧の出力を継続できる。電源が故障したことは、電源の出力端子102あるいはオア・ダイオード103のアノード電圧を監視するなどの手段で検出することができ、故障した電源を停止したり、他の監視システムに報告したりすることができる。

上記の場合の冗長並列構成の電源システムの信頼性を試算する。Ｎ＋１構成の電源を想定し、Ｎ＝１と仮定し、２台の電源が並列接続されているとする。また個々の電源の信頼性λは１０００フィット（fit）と仮定し、電源故障時の平均修理時間（ＭＴＴＲ）を２４時間と仮定する。１０００フィットの電源の平均故障時間間隔（ＭＴＢＦ）は１００万時間（約１１４年）なので、２台ある電源は平均的に５０万時間（５７年）毎にどちらかが故障し、修理時間２４時間の間に新品（正常品）に修理・交換される。この修理時間の間は冗長構成が崩れているので、この間にもう一つ電源が故障すると電源システムが停止するが、この確率は２４／100万≒１／４万なので、電源の故障と修理を４万回行うと、すなわち５０万時間×４万回＝２００億時間（約230万年）に１回は電源システムが停止することになる。従ってこの電源システムの信頼性は、理想値としては、０．０５フィット（ＭＴＢＦ＝２００億時間）となる。一方で、冗長並列構成でない電源システムの場合、すなわち１台の電源の場合には、信頼性は１０００フィットである。このように冗長並列構成の技術により、理想的には電源システムの信頼性を１０００フィットから０．０５フィットに改善でき、冗長並列構成の技術により得られる信頼性向上は、理想値としては、１０００／０．０５＝２万倍である。

Ｎ＝４の場合は、５台の電源を冗長並列接続させることにより、理想的には信頼性は０．４８フィットになり、冗長並列構成なしの場合は１０００フィット×４台＝４０００フィットだから、理想値として４０００／０．４８＝８３３３倍の信頼性向上を得ることができる。

このように冗長並列運転は、冗長が成功すれば、信頼性向上に大変大きな効果がある。

なお関連する技術として、上記のほかに特開平４−３７２５２５号公報（特許文献１）に記載された技術がある。

特開平４−３７２５２５号公報

「スイッチング電源総合カタログ２００２」、デンセイ・ラムダ社、Ｂ-２ページ、Ｂ-２１４〜Ｂ-２１８ページ

しかしながら、電源の故障モードによっては、期待した信頼性向上の効果が得られない場合がある。電源の故障モードは、大別して出力電圧が低下する故障モード（低電圧故障モード）と、出力電圧が上昇する故障モード（過電圧故障モード）に分けることができる。出力電圧が低下する故障モードの場合には従来技術が期待どおりに働いて信頼性が向上するが、過電圧故障モードの場合には従来技術では電源システムの信頼性が向上しない場合がある。

低電圧故障モードでは、従来技術として説明したように、故障した電源を切り離したり停止させたりすることができ、電源システムとしては正常な出力電圧と電流を供給し続けることができる。すなわち、冗長電源構成の目的を達成することができ、電源システムの信頼性の大幅な向上を実現できる。

過電圧故障モードでは、オア・ダイオードが順方向バイアスされるために切り離し作用がなく、故障した電源が出力電圧を出し続ける。このとき他の正常な電源は、並列運転の機構により出力電流のバランスを取るので、出力電圧が故障電源と同じ値になるように制御されて上昇し、電源システム全体の電圧が上昇する。更に出力電圧が上昇すると、最終的には通常具備されている過電圧検出回路が動作して異常と判断して電源を停止させる。しかし各電源は同じ出力電圧に制御されているため、過電圧検出回路が最初に動作する電源がどれになるかは部品の製造バラツキ等によって決まり、故障電源の過電圧検出回路が最初に動作するとは限らず、正常電源の過電圧検出回路が最初であることもある。正常電源が停止した場合には、故障電源が運転を続行する。故障電源の出力電圧が更に上昇すると、更に１台の電源が過電圧検出回路の動作により停止する。この場合、動作を継続している電源の台数はＮ−１になるから、電源システムは出力電流能力が不足になり、機能を成さないか停止する事態となる。このように電源システムが正常動作できなくなる可能性は、Ｎ＋１構成で、Ｎ＝１で電源が２台の場合は５０％であるが、Ｎ＝４で電源が５台の場合には８０％の確率で電源システムが停止する。したがって平均的な期待値としては、冗長機能は失敗し、信頼性の向上は期待できないと考えた方が実態に近くなる。

また上記の過程で、電源システムの出力電圧が上昇し、負荷となる回路の許容電圧範囲を逸脱して、負荷の電子回路などが誤動作すれば、電源システムが所望の性能を維持できなかったのだから、やはり冗長機能は失敗したと見なさざるを得ない。

実際、電源の故障モードは、故障した内部部品の位置、種類、故障モードによって決まり、一般的には出力電圧が低下する故障モードが多いが、発明者らの調査によれば、出力電圧が上昇する過電圧故障モードも１割から２割程度あって、このために冗長並列構成による信頼性向上の効果が著しく阻害されるに至ることが判明した。過電圧故障モードの実績調査には注意を必要とした。過電圧故障モードは、最終的には出力電圧が出なくなるので、故障後に調査すると、そのときには過電圧検出回路は動作しておらず、出力電圧が低下しているから、出力電圧低下モードと判定されてしまう。過電圧故障を正しく検出するには、過電圧検出回路が動作した記録を保持する機構、例えばラッチ回路やメモリ回路、ログ回路などをつけて記録を残す必要がある。発明者らは、このような記録手段を用いた電源を作って、長年のフィールド調査を実施した結果、過電圧故障が１割から２割の率で発生することを発見した。

この場合の冗長並列構成の電源の信頼性を試算する。仮定する条件は先の条件と同じとし、低電圧故障が発生する割合を８割とすると、この場合の電源システムの信頼性は先と同じ０．０５フィットである。過電圧故障が発生する割合は２割だが、このとき１０００フィットの電源が２台あるので故障率は２０００フィットである。この故障のうち５０％では正しく故障した電源が停止するから、信頼性は先と同じ０．０５フィットになるが、残りの５０％では、誤って正常な電源を停止させて電源システムの停止に至る。従ってこの場合の電源システムの信頼性は２０００フィットとなる。総合の信頼性は、各成分の荷重平均だから、０．０５フィット×０．８＋０．０５フィット×０．２×０．５＋２０００フィット×０．２×０．５＝２００．０４５フィットすなわち約２００フィットとなり、冗長並列構成なしの１０００フィットと比べて、信頼性の向上は５倍にとどまる。冗長機能が１００％成功すると仮定した場合の冗長構成の信頼性向上は２万倍であったから、信頼性向上が著しく低下している。

同様に、Ｎ＝４で電源が５台の場合、低電圧故障時の電源システムの信頼性は先と同じ０．４８フィットであり、過電圧故障時は、５台の電源のうち４台ある正常電源を誤って停止させるかもしれないので、（１０００フィット×５台）×（４／５）＝４０００フィット、残りの１／５では正しく故障電源を停止させるので０．４８フィットとなる。総合の信頼性は、各成分の荷重平均であり、０．４８フィット×０．８＋０．４８フィット×（１／５）×０．２＋（１０００フィット×５台）×（４／５）×０．２＝８００．４３２フィット、すなわち約８００フィットとなる。よって、冗長並列構成なし４０００フィットと比べて、信頼性の向上は５倍にとどまる。冗長機能が全て成功すると仮定した場合の冗長構成の信頼性向上は８３３３倍であったから、信頼性向上が著しく低下している。

また前述のとおり、出力電圧が許容値を越えて負荷の電子回路などが誤動作して電源システムが所望の性能を維持できなくなる場合があり、故障の２割で発生するのだから、Ｎ＋１構成でＮ＝１で電源が２台の場合は、信頼性は１０００フィット×２×０．２＝4００フィットとなり、冗長構成なしの１台の電源の信頼性１０００フィットと比べると、信頼性向上は２．５倍、すなわち、信頼性はあまり向上しない。

以上説明したように、従来の冗長並列構成の技術によれば、過電圧などの場合に冗長機能が失敗する場合があるので、期待した信頼性の向上が著しく阻害される場合がある。

上記目的を達成するため、冗長成功の阻害要因である過電圧故障に対し、過電圧保護回路中に、過電圧故障が発生した電源回路を選択的に検出する手段を設けて、過電圧故障を生じた電源回路のみを停止させるようにする。この技術により、過電圧故障の発生時に、誤って正常な電源を停止させる可能性を排除し、電源の故障モード全てで冗長機能が成功するようになり、冗長並列構成による信頼性の向上を従来技術のものより大幅に改善する。

具体的には、電源回路の中で自電源の出力電圧を他電源に追従して上げているのか否かの判別手段を設け、この判別結果で過電圧検出回路を制御する接続回路なる手段を設けることにより、自電源が故障か否かを選択的に判断し、自電源を停止させるようにする。

このような電源を用いて冗長並列構成することにより、電源システムの信頼性の向上を可能とする。またこのような電源システムを用いて装置を構成することにより、電源に起因する装置の動作停止を大幅に低減して信頼性を向上することを可能とする。

以上、詳細に説明したように、本発明になる技術を、過電圧保護回路、電源、電源システムあるいは電子装置に適用すれば、大幅な信頼性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態である。図２において、従来技術と同様に、電源400と電源500の出力端子は、直列に接続されたオア・ダイオード403、503を介して電源システムの出力端子600に接続され、冗長並列構成の電源システムを実現する。この第１の実施形態の特徴は、従来技術の回路に加えて、単独判定回路417、517とこの例ではＡＮＤ回路である接続回路418、518が具備されていることである。この第１の実施形態では、過電圧検出回路414に加えて、単独判定回路と、接続回路とで、過電圧保護回路を構成している。

電源400の内部の動作を説明する。単独判定回路417の入力は、電流比較回路411に接続されている。電流比較回路411は並列運転のためのもので、他の電源の出力電流と自電源の出力電流を比べて、電流バランスを実現するためのアナログ信号を出力する。従ってこの出力信号などを観測することによって、自電源の出力電圧が低くて出力電流が足りないのか、出力電圧が高くて出力電流が多いのかが解る。すなわち他の電源に比べて、自電源の出力電圧が高いか低いかの判別ができる。この判別を行うのが単独判定回路417であり、真あるいは偽の状態のディジタル信号を出力する。もし電源400で過電圧の故障が発生すると、他の電源に比べて電源400の電圧が高いから、電源400の単独判定回路417の出力が真の状態になり、このとき他の電源内の単独判定回路の出力は全て偽の状態になる。従って電源400が単独で過電圧の状態にあることが判定できる。この判定結果と過電圧検出回路414の出力とをＡＮＤ回路である接続回路418で論理積をとって停止指令416の信号を作り、これで電源の動作を停止させれば、過電圧が発生した電源だけを選択的に停止させることができる。逆に正常な電源を停止させる誤りを回避できる。

この電源システムの信頼性を計算する。各条件は従来の電源の計算に用いた条件と同じとする。本発明になる電源による電源システムにおいては、電源の故障モードの全てに対して冗長機能は成功するから、すなわち低電圧故障モードでも過電圧故障モードでも冗長機能は成功するから、各電源の信頼性が１０００フィットの場合、電源システムの信頼性は理想状態と同じ値の０．０５フィットになる。すなわち冗長並列構成による信頼性向上は2万倍になる。従来技術の信頼性の向上は５倍だったから、本発明になる技術は、信頼性向上の値を４０００倍改善する効果がある。

図３は、本発明の第２の実施形態であり、電源システムの一部を、すなわち主に電源700を示している。電源の出力端子702は、オア・ダイオード703を介して電源システムの出力端子799に接続されている。同様の電源回路が電源システムの出力端子799に接続されて並列運転される。図３で、図２との相違点は、単独判定回路717の入力を電流比較回路711の入力側から取っていることである。電流比較回路711の入力の抵抗709の両端の電圧を監視することにより、自電源の出力電圧が高いか低いかを判断している。単独判定回路717の判定結果と過電圧検出回路714の出力とをＡＮＤ回路である接続回路718で論理積をとって停止指令716の信号を作り、これで電源の動作を停止させれば、過電圧が発生した電源だけを選択的に停止させることができる。他の構成と動作は、第1の実施形態と同様であり、効果も第１の実施形態と同様である。

なおこの第２の実施形態は、過電圧検出回路714の入力をオア・ダイオード703のアノードに接続している。過電圧検出回路714をオア・ダイオード703のカソードに接続することもできる。

図４は、本発明の第３の実施形態であり、電源システムの一部を、すなわち主に電源800を示している。図４で単独判定回路817の入力は、図２と同様に電流比較回路811に接続されているが、出力は接続回路として、過電圧検出回路814用の基準電圧源815に電圧を加算する加算回路819に接続されている。本実施形態は、単独判定回路817が自電源の出力電圧が他電源よりも低いと判定した際には、加算回路を介して過電圧を検出する電圧値を高めて過電圧検出回路の動作を変えて、過電圧故障を起こした電源の過電圧検出回路が最初に働くようにし、誤って正常な電源を先に停止することがないようにしている。

この第３の実施形態の効果、すなわち信頼性向上値の改善も、第１の実施形態と同様である。

いずれの実施形態においても、過電圧検出回路の検出電圧を任意の電圧に設定することができる。例えば負荷の回路等が要求する電圧の許容範囲が±５％ならば、過電圧検出回路の検出電圧を５％以下に設定しておけば、電源に過電圧故障が発生しても、電源システムの出力電圧の変動は５％以下にすることが可能となる。すなわち電源システムは、電源が故障する前、瞬間あるいは故障する過程、その後、全てに亘る時間でも、出力電圧を許容変動範囲内に収めて要求性能を維持することができ、負荷の電子回路などは誤動作をせずに動作を続行することが可能となる。この電源システムの信頼性向上の改善の効果も、第１の実施形態と同様である。

また電源システムの負荷電流がゼロまたは極めて小さくて単独判定回路がうまく動作しない場合には、出力端子に抵抗などを付けて、最低電流を確保してやれば解決する。

図５は、本発明の第４の実施形態であり、電源回路の一部を示している。並列運転制御端子1010に接続される抵抗1009の両端は、電流比較回路1011に接続される。電流比較回路1011は、演算増幅器1101と位相補償用コンデンサ1102からなる。演算増幅器1101の出力は、電流比較回路1011の出力として、ダイオードと加算回路1012を介して基準電圧源1013と誤差増幅器1006に接続される。ここで自電源の電流値が他の電源より小さいならば、演算増幅器1101の出力電圧は上昇して、基準電圧源1013に電圧を加算し、誤差増幅器1006に与えられる電圧を上昇させ、自電源の出力電圧を出力電流のバランスが取れるまで上昇させる。この場合には、自電源は他の電源に追従している状態にある。また演算増幅器1101の出力は、電流比較回路1011の出力として単独判定回路1017に入る。単独判定回路1017は、電圧比較器1104からなり、その出力は接続回路1018の中のＡＮＤ回路1105に入る。電流比較回路1011の出力電圧が正ならば、自電源は他電源に追従している状態にあって自電源の過電圧故障はあり得ないから、単独判定回路1017の出力はロウ（Ｌｏ）になって、過電圧検出回路1014の出力が停止信号1016を活性化するのを阻止する。逆に電流比較回路1011の出力電圧が負の場合は、単独判定回路1017の出力はハイ（Ｈｉ）になって、過電圧検出回路1014の出力が停止信号1016を活性化するのを許可する。このようにして本発明を実現することができる。

この回路を実施したことによる効果は、電源の構成などによって異なるが、第１の実施形態のような構成であれば、同様な効果を得る。

なお接続回路は、本実施形態ではＡＮＤ回路を用いて実現したが、多くの代替手段がある。例えばワイヤド・オアのような技術では、オープンコレクタの２つの出力端子を共通に接続することによって、出力が双方ともオープンの条件のみ出力電圧を上昇せしめる回路を用いて、接続回路の機能を実現することができる。このような回路も接続回路である。

図６は、本発明の第５の実施形態であり、電源回路の一部を示している。図５の第４の実施形態との相違点は、単独判定回路1017の入力端子が並列運転制御端子1010に接続される抵抗1009に接続されていることである。これは図３の第２の実施形態と同様である。

この回路を実施したことによる効果は、電源の構成などによって異なるが、第１の実施形態のような構成であれば、同様の効果を得る。

図７は、本発明の第６の実施形態であり、電源回路の一部を示している。図５の第４の実施形態との相違点は２つある。単独判定回路1017の入力については、電流比較回路1011中の演算増幅器1101の出力端子に素子1199を接続して、その両端を単独判定回路1017に接続している。この素子1199は、抵抗でも良いし、ダイオードを２個逆向きに並列に接続したものなどでも良い。この素子1199の両端に発生する電圧は、位相補償コンデンサ1102によるローパスフィルタの効果を受けないので、反応が高速である。

単独判定回路1017の出力については、接続回路として、基準電圧源1107に、抵抗1198と1197とダイオード1196から成る加算回路1019を追加して、電圧比較器1104の出力を過電圧検出回路1014に接続している。自電源の出力電流が他電源より小さいとき、すなわち電流比較回路1011の出力が正で、自電源が他電源に追従しているとき、単独判定回路1017の出力電圧は正になって、過電圧検出回路1014の基準電圧を高める。もし他電源で過電圧故障が発生した場合には、過電圧故障を起こした電源の過電圧検出回路が最初に働くようにし、誤って正常な電源を先に停止することがないようにしている。

図５〜図７に示した回路は小電力だから、容易に集積回路化，ＩＣ化できる。図示した範囲の回路全部、それ以上、あるいは一部分をＩＣ化することができ、単独検出回路や接続回路を含んでいれば、あるいはそれらが容易に接続できるような端子などの手段を含んでいれば、本発明を実施したと言える。具体的な例として、本発明の技術を実施した過電圧保護回路ＩＣなどの製品を挙げることができる。

図５〜図７に示した回路の全部、それ以上、あるいは一部をディジタル信号処理（ＤＳＰ）技術などを用いて実現することができる。例えばＡＤコンバータやＤＡコンバータなどを用いて実現した場合においても、あるいはマイクロコンピュータなどによりソフトウェアを用いて実現した場合においても、上記の単独判定回路あるいは接続回路と同様の機能が含まれていれば、単独判定回路あるいは接続回路を有していると言え、本発明を実施したことになる。またいずれの実施形態においても、オア・ダイオードはオアＦＥＴ回路のような他の手段でも良いし、オア・ダイオードのない回路でも良い。いずれの場合でも本発明になる回路は所望の動作をする。

電流バランスを取らない電源は、すなわち並列接続された複数の電源の出力電流の均衡化を行わない電源は、電流比較回路が不要であるが、電流検出回路の出力を単独判定回路に入力するなどして、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。他にも誤差増幅器の出力が飽和するなどの動作に着目して、誤差増幅器の出力などを単独判定回路に入力する方法や、スイッチング電源においては、スイッチ動作の有無の情報を単独判定回路に与えるなどの方法や、出力端子の電圧と基準電圧あるいは目標電圧などとの差の有無の信号を単独判定回路の入力に与えるなどの方法を用いて、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。いずれの場合でも単独判定回路を有していると言え、本発明を実施したことになる。

図８は、本発明の第７の実施形態であり、電源ユニットである。電源回路2100、2101は、前述の実施形態の電源回路と同様な回路であり、他に電源制御回路2200を含んで電源ユニット2000を構成したものである。この実施形態の効果は、電源の構成などによって異なるが、第１の実施形態のような構成をもつ電源システムにすれば、同程度の効果を得る。

図９は、本発明の第８の実施形態であり、電源ユニットである。電源回路2100、2101は、前述の実施形態の電源回路と同様な回路であり、他にＡＣ／ＤＣ電源回路2300などを含んで電源ユニット2001を構成したものである。この実施形態の効果は、電源の構成などによって異なるが、第１の実施形態のような構成をもつ電源システムにすれば、同程度の効果を得る。

図１０は、本発明の第９の実施形態であり、電源システムである。この実施形態では、電源ユニット2002、2003は、図９の第８の実施形態で示した電源ユニットと同様な電源ユニットであり、電源システム3000を構成している。この実施形態は、電源システムの中に電源制御2004などを含んでいる。図１０において、出力端子2030、2040は、冗長構成された電源の出力端子であり、入力端子2010、2020は各電源ユニットの電力の入力であり、端子2050は電源制御のための端子である。この実施形態における効果は、電源の構成などによって異なるが、第１の実施形態と同程度の効果を得る。

本発明の技術を用いた電源システムの実施の形態には様々なものがあり、設計上の事情や、適用上の事情で適宜判断して形態を設計すれば良い。

図１１は、本発明の第１０の実施形態であり、電子装置である。電源システム3100は、図１０の第９の実施形態で示した電源システムと同様な電源システムであり、電子回路3200と3300を給電しており、電子装置4000を構成している。この実施形態の効果は、電源の構成などによって異なるが、第１の実施形態と同程度の効果を得る。

本発明の技術を用いた電子装置の実施形態には様々なものがあり、設計上の事情や適用上の事情で適宜判断して形態を設計すれば良い。例えばオンボード電源の一例のように、電子回路と単一の電源回路を搭載し、他の電源回路と並列接続されて冗長機能を達成できるような電子装置などもある。その他、様々な形態が実施されるが、いずれの場合も本発明になる技術を適用して所望の動作、効果を得ることができる。

電源の並列運転を実現する方式には、上記の実施形態に示した方法の他にも、ドループ方式などのように並列運転のための電流比較器がない方式もあるが、この場合でも並列運転した電源の出力電流の大小または出力電圧の大小を知る手段により単独検出回路に信号を与えれば、同様の効果を得ることができる。

また並列運転する複数の電源は、同一の回路の電源でない場合や、同一の仕様の電源でない場合もあり、例えば出力電流能力の異なる電源を並列運転した場合は、並列運転時の出力電流が対等でなく、例えば出力電流能力に比例した電流を出力させるように設計する場合などがあるが、この場合も単独判定回路の動作において、例えば設計した電流比からずれたことをもって判定を行うなどの設計が可能であり、個々の条件や事情に合わせて設計を行えばよく、いずれの場合でも上記の実施形態に示したのと同様な効果を得ることができる。

以上、実施形態を用いて詳細に説明したように、本発明になる技術によれば、電源、電源システムあるいは電子装置において、電源の冗長構成による信頼性向上は２万倍で、従来技術の信頼性向上約５倍に比べて、４０００倍の改善効果があった。

本発明は、発明者らが過電圧故障モードの重要性を明らかにしたことによって実現した。すなわち電源の故障モードには低電圧モードと過電圧モードがあることは知られていたが、通常は過電圧故障モードはまれにしか発生しないものと認識されていたが、発明者らが過電圧故障モードの発生記録機能を持った電源を作ってフィールドで多数かつ長期間のデータ収集を行った結果、過電圧故障モードが１割から２割と無視できない率で発生することを発見し、更にこの過電圧故障モードが冗長電源システムの信頼性を著しく低下させることを見出したことによって、本発明の技術に至ったものである。

従来の技術を示す図である。本発明の第１の実施形態を示す図である。本発明の第２の実施形態を示す図である。本発明の第３の実施形態を示す図である。本発明の第４の実施形態を示す図である。本発明の第５の実施形態を示す図である。本発明の第６の実施形態を示す図である。本発明の第７の実施形態を示す図である。本発明の第８の実施形態を示す図である。本発明の第９の実施形態を示す図である。本発明の第１０の実施形態を示す図である。

符号の説明

400、500、700、800：電源、414、514、714、814、1014：過電圧検出回路、417、517、717、817、1017：単独判定回路、418、518、718、819、1018、1019：接続回路。

Claims

出力電圧が安定化制御されたパワー回路を有する安定化電源において、該安定化電源が並列接続された場合に自電源の出力電圧または電流が他の電源よりも大きいことを判定する単独判定回路と、該安定化電源の出力電圧が規定の電圧よりも大きいことを検出する過電圧検出回路と、該単独判定回路の出力信号と該過電圧検出回路の出力信号の論理積をとって停止指令信号を作り該停止指令信号を自電源のパワー回路に送出するＡＮＤ回路とを有することを特徴とした過電圧保護回路。
出力電圧が安定化制御されたパワー回路を有する安定化電源において、該安定化電源が並列接続された場合に自電源の出力電圧または電流が他の電源よりも大きいことを判定する単独判定回路と、該安定化電源の出力電圧が規定の電圧よりも大きいことを検出する過電圧検出回路と、該単独判定回路の出力信号と該過電圧検出回路の出力信号の論理積をとって停止指令信号を作り該停止指令信号を自電源のパワー回路に送出するＡＮＤ回路とを有することを特徴とした電源。
請求項１記載の過電圧保護回路を有することを特徴とした電源システム。
請求項１記載の過電圧保護回路を有することを特徴とした電子装置。
請求項２記載の電源を有することを特徴とした電源システム。
請求項２記載の電源を有することを特徴とした電子装置。
請求項３記載の電源システムを有することを特徴とした電子装置。
請求項５記載の電源システムを有することを特徴とした電子装置。