JPH0619313Y2 - 並列接続用電源及びそれを用いた電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、並列接続用の電源及びそれを用いた並列接続
電源装置に関するものである。更に詳しく述べると本考
案は、複数の電源の並列接続において、１台もしくは少
ない台数の電源によって負荷に必要な電流を供給しうる
ようにし、余分の電源については通常はその動作を停止
させておき、動作中の電源に異常が発生して出力が下が
った場合に、それに代えて停止中の電源の動作を開始さ
せるようにした並列接続電源装置に関するものである。

この電源装置は、電子交換機やコンピュータなど出力ダ
ウンが決して許されないような高信頼度が要求される分
野で極めて有用である。

［従来の技術］ 複数の電源の並列運転は従来公知である。その概略構成
を第３図に示す。ここでは４台のスイッチング電源ＰＳ
１〜ＰＳ４を並設し、出力ラインにそれぞれ逆流防止用
の出力ダイオードＤを設け、それらを介して電流Ｉ_１〜
Ｉ_４を合流して負荷１０に供給する。

このような並列運転は、負荷１０が要求する電流Ｉ_０に
対して各スイッチング電源ＰＳ１〜ＰＳ４の電流容量が
小さい場合に行われているが、それ以外に高信頼度を実
現するために行われる場合もある。

例えば各スイッチング電源ＰＳ１〜ＰＳ４がそれぞれ単
独で負荷１０に必要な電流Ｉ_０を供給可能なほどの容量
の大きなものであっても、それぞれのスイッチング電源
ＰＳ１〜ＰＳ４の出力電流Ｉ_１〜Ｉ_４を小さく設定する
ことによって、各電源にかかる負担を軽減し電源装置全
体としての信頼度を高めようとする場合である。つまり
全てのスイッチング電源ＰＳ１〜ＰＳ４を動作させ、全
ての電源からほぼ均等に電流Ｉ_１〜Ｉ_４を流して合流さ
せ、全体としてＩ_０の電流を負荷１０に供給することに
なる。

［考案が解決しようとする課題］ しかし各スイッチング電源の最大出力電流に対して動作
時の実際の電流Ｉ_１〜Ｉ_４が小さくても、目的とする長
寿命化（この場合、基本的には電源１台分の寿命の４
倍）は期待できない。つまりスイッチング電源の寿命は
電流の使用率を下げても大きく伸びてはいかない。これ
は電源が動作すれば周囲温度は上昇し、例えその上昇の
度合が小さくても周囲温度が高くなったことによってＭ
ＴＢＦ（平均故障間隔）は低下するからである。

また全てのスイッチング電源が動作していると、それぞ
れ発振周波数が異なるため、出力にビート（干渉）波形
が現れ、出力リップルが異常に大きくなることもある。

本考案の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、長寿命化でき信頼性が高く、増設や交換等も容易に
行えるような並列接続用電源およびそれを用いた電源装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案では、スイッチング制御部は、その発振／停止を
外部から制御できる出力制御端子を有する。また電源の
出力ライン間にツェナーダイオードと抵抗とを組合せた
出力異常検出回路が設けられ、そのツェナーダイオード
のオン／オフに応じてオン／オフ制御され、別の電源の
スイッチング制御部の出力制御端子に発振／停止の制御
信号を供給するためのスイッチ素子を前記出力異常検出
回路に接続した構成になっている。

またこのような電源をＮ台（Ｎ≧２）並設し、第１番目
の電源のスイッチ素子を第２番目以降の電源の出力制御
端子に、第２番目の電源のスイッチ素子を、第３番目以
降の電源の出力制御端子に順次接続することによって並
列接続電源装置を構成する。勿論、１台ずつのみならず
複数台ずつ同時に動作させることもできる。

［作用］ 本考案では、１台ずつ動作させる場合、先ず第１番目の
電源が動作し、それによって負荷に必要な電流を供給す
る。その時、第２番目以降の電源は停止状態を保つ。第
１番目の動作中の電源に異常が発生して出力が下がる
と、それが出力異常検出回路によって検知され、スイッ
チ素子が作動し、第１番目の電源に代わって停止中の第
２番目の電源が動作を開始する。このようにして順次電
源に異常が発生する毎に次の待機している電源に自動的
に瞬時に切り替わる。このため電源装置全体としては各
電源の寿命の設置台数倍の長寿命化が図られる。

上記の説明は各スイッチング電源が１台ずつ動作する場
合であるが、負荷電流が大きい場合には、上記と同じ考
え方により複数台ずつ動作させることもできる。

［実施例］ 第１図は本考案に係る並列接続用電源及びそれを用いた
電源装置の一例を示している。この例は並列接続用電源
を３台並設したものである。各スイッチング電源ＰＳ
１，ＰＳ２，ＰＳ３はそれぞれスイッチング制御部１２
_１，１２_２，１２_３を備え、それによって主スイッチン
グトランジスタ（図示せず）のスイッチング動作を制御
し、出力を出力ライン１４に設けた出力ダイオードＤを
介して負荷（図示せず）に供給する構成である。

さて本考案において、各スイッチング制御部１２_１，
…，１２_３は、その発振／停止を外部から制御できる出
力制御端子Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３を有する。一方、各スイッ
チング電源ＰＳ１，…，ＰＳ３の出力ライン間には抵抗
Ｒ_１とツェナーダイオードＺＤと抵抗Ｒ_２とを直列に接
続した出力異常検出回路１６_１，１６_２，１６_３を設
け、その抵抗Ｒ_２の両端間にスイッチ素子であるトラン
ジスタＱ_１，Ｑ_２，Ｑ_３のベース−エミッタを接続して
いる。このトランジスタＱ_１，…，Ｑ_３は前記出力異常
検出回路１６_１，…，１６_３のツェナーダイオードＺＤ
のオン／オフに応じてオン／オフ制御されるものであ
り、それらが属しているのとは別の電源のスイッチング
制御部の出力制御端子に発振／停止の制御信号を供給す
るためのものである。

ここではトランジスタＱ_１のコレクタをダイオードＤ_１
を介して第２番目のスイッチング電源ＰＳ２のスイッチ
ング制御部１２_２の出力制御端子Ａ_２に接続すると共
に、ダイオードＤ_２を介して第３番目のスイッチング電
源ＰＳ３のスイッチング制御部１２_３の出力制御端子Ａ
_３に接続している。

また第２番目のスイッチング電源ＰＳ２のトランジスタ
Ｑ_２のコレクタをダイオードでＤ_３を介して第３番目の
スイッチング電源ＰＳ３のスイッチング制御部１２_３の
出力制御端子Ａ_３に接続する。

ここで使用しているスイッチング制御部の概略構成を第
２図に示す。これはパルス幅制御用ＩＣとして市販され
ているＭＢ３７５９（商品名：富士通株式会社製）を使
用した場合の一例である。これはスイッチング・レギュ
レータ用として最も代表的なＩＣであり、ＴＬ４９４タ
イプとして知られているものである。このＩＣは、三角
波発振器と２個のコンパレータ、更に２個の誤差増幅
器、５Ｖの基準電圧源、駆動用トランジスタ等を内蔵し
ている。そして端子番号１３が出力制御用の端子になっ
ている。その端子電圧を５Ｖにすると発振動作を行い、
０Ｖに落とすと発振動作が停止する。端子番号４はデッ
ト・タイム制御用であり、端子番号１４は５Ｖの基準電
圧出力用である。端子番号１３と４との間にＰＮＰトラ
ンジスタＱを設け、そのエミッタ−ベース間にバイアス
抵抗Ｒ_３を設け、ベースに抵抗Ｒ_４を設けて制御部の出
力制御端子Ａとする。この出力制御端子Ａが、第１図に
おける各出力制御端子Ａ_１，…，Ａ_３に該当している。

従ってこの実施例の場合にはトランジスタＱがオンにな
ると端子番号１３の電圧が０Ｖに落ち、制御部の発振動
作が停止する。なお制御部における抵抗Ｒ_５とコンデン
サＣはスロー・スタート用である。

このように構成した並列接続電源装置の動作は次の通り
である。スイッチング電源ＰＳ１が動作している場合
は、スイッチング電源ＰＳ２，ＰＳ３は動作せずバック
アップ専用となって待機状態になっている。スイッチン
グ電源ＰＳ１が正常に動作して出力がツェナーダイオー
ドＺＤのツェナー電圧を越えていれば、ツェナーダイオ
ードＺＤがオン状態を保ち電流が流れ、抵抗Ｒ_２の両端
の電圧によってトランジスタＱ_１がオン状態を保つ。従
って他のスイッチング電源ＰＳ２，ＰＳ３のスイッチン
グ制御部１２_２，１２_３の出力制御端子Ａ_２，Ａ_３はロ
ー・レベルを維持する。この電圧がロー・レベルであれ
ば、第２図に示すようにトランジスタＱがオンであり、
制御用ＩＣの端子番号１３がロー・レベルに落ちてい
る。つまりスイッチング電源ＰＳ２，ＰＳ３は停止状態
を保つ。

ここで第１番目のスイッチング電源ＰＳ１に異常が生じ
出力電圧が低下したとすると、そのツェナーダイオード
ＺＤはオフ状態に切り替わる。すると抵抗Ｒ_２で電圧降
下はなく端子電圧は０Ｖに落ち、トランジスタＱ_１はオ
フ状態になる。そのため第２番目のスイッチング電源Ｐ
Ｓ２のスイッチング制御部１２_２の出力制御端子Ａ_２は
ハイ・レベルになり、第２番目のスイッチング電源ＰＳ
２が動作を開始する。第３番目のスイッチング電源ＰＳ
３も一瞬動作を開始することもあるが、第２番目のスイ
ッチング電源が正常な出力を出した時にトランジスタＱ
_２がオンになるため第３番目のスイッチング電源ＰＳ３
の動作は停止する。このようにして第１番目のスイッチ
ング電源ＰＳ１から第２番目のスイッチング電源ＰＳ２
に自動的に切り替わる。また第２番目のスイッチング電
源ＰＳ２に異常が生じた場合には、同様にして第３番目
のスイッチング電源ＰＳ３に切り替わる。４台以上並設
する場合でも同じように接続することにより次々と自動
的に切り替わっていく。

上記の実施例は基本的には１台のスイッチング電源で十
分な負荷電流を供給できる場合を想定しているが、複数
台のスイッチング電源を同時に動作させる必要がある場
合でも同様の構成で対応できる。つまり電流不足が生じ
て出力電圧が低下した場合もバックアップの電源が動作
するからである。勿論、最初から複数台のスイッチング
電源を並列に動かすことを想定して、第１図に示すよう
な装置を複数組配置し、並列に運転するように構成する
こともできる。

なお上記の実施例はスイッチング制御部をロー・レベル
にした時にその発振動作が停止するような場合である
が、逆にハイ・レベルにした時に発振動作が停止するよ
うな回路の場合でも、出力異常検出回路とそれにより動
作するスイッチ素子との構成を若干変更するだけで同じ
ように対応できる。

［考案の効果］ 本考案は上記のように複数の電源の並列接続において、
全ての電源を同時に動作させるのではなく、１台もしく
は少ない台数の電源にて負荷に必要な電流を供給しうる
ように各スイッチング電源を選定し、１台もしくは少な
い台数のスイッチング電源を動作させ、それ以外のスイ
ッチング電源は動作を停止させて待機中にしておき、動
作中の電源に異常が生じて出力が下がった場合に、それ
に代えて停止中の電源が動作を開始すように構成したか
ら、バックアップ用として待機しているスイッチング電
源は既に動作している電源に異常が生じるまでは動作し
ないため電源装置全体としての寿命が長くなり、高信頼
度の要求に応えることがができる。

また１台で負荷に要求される電流を満たすように設計す
ることによって従来技術のような複数の電源が同時に動
作するのを避けることができ、出力リップルが異常に大
きくなるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る並列接続用電源とそれを用いた並
列接続電源装置の一実施例を示す説明図、第２図はスイ
ッチング制御部の一例を示す説明図、第３図は従来技術
の一例を示す説明図である。 ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３，ＰＳ４……スイッチング電
源、１０……負荷、１２_１，１２_２，１２_３……スイッ
チング制御部、１４……出力ライン、１６_１，１６_２，
１６_３……出力異常検出回路、Ａ，Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３…
…出力制御端子。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチング制御部を備え、それによって
   スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御
   し、出力を出力ラインに設けた出力ダイオードを介して
   負荷に供給する並列接続用電源において、前記スイッチ
   ング制御部は、その発振／停止を制御する出力制御端子
   を有し、一方、電源の出力ライン間にツェナーダイオー
   ドと抵抗とを組み合わせた出力異常検出回路を設け、そ
   のツェナーダイオードのオン／オフに応じてオン／オフ
   制御され、別の電源のスイッチング制御部の出力制御端
   子に発振／停止の制御信号を供給するためのスイッチ素
   子を前記出力異常検出回路に接続したことを特徴とする
   並列接続用電源。
2. 【請求項２】請求項１記載の並列接続用電源をＮ台（Ｎ
   ≧２）並設し、第Ｋ番目（Ｋ＜Ｎ）の電源のスイッチ素
   子を、第Ｋ＋１番目以降の電源の出力制御端子に接続し
   た並列接続電源装置。