JP2009148032A - 並列電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】異種の電源装置が存在してもバランス運転を容易に行うことができる並列電源システムを得る。
【解決手段】並列電源システム１００は、共通負荷６０に並列接続されるとともに相互の通信ポートＣＯを通信線３３にて接続された複数台の電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを備えている。これらの電源装置は、入力交流電源を直流電源に変換するスイッチング回路９と、出力電流を検出する出力電流検出回路１９と、出力電圧を検出する出力電圧検出回路１７と、出力電圧値が目標電圧値を保持するようにスイッチング回路９を制御するＰＷＭ制御部２１と、通信ポートＣＯに接続されて複数の電源装置間で相互に通信を行い、バランス情報を送受信して、自他のバランス情報に基づいて目標電圧値を決定するＣＰＵ装置２０とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、共通の負荷に対し複数の電源装置の出力を並列接続する並列電源システムに関する。

従来、共通な負荷に並列接続された複数台の電源装置を有する並列電源システムにおいて、複数台の電源装置の電流バランス端子を接続するとともに複数台の電源装置の出力電流の平均電流値を電圧にて伝達する電流バスを備えた並列電源システムが提案されている。このような構成の並列電源システムにおいては、一般に、自装置の出力電流に対応する電圧信号を電流バス上の電圧に重畳するとともに、電流バスに流れる平均電流値と上記電圧信号とから、自電源装置の出力電圧と他電源装置の出力電圧の差分を検出する電流バランス回路を有している。そして、この電流バランス回路は、当該差分をスイッチング回路に作用させて、各電源装置の出力電圧のバランスをとる（例えば、特許文献１参照）。

一方、従来、上記のような平均電流値をバランス情報として用いるバランス運転に替えて、負荷率をバランス情報として用いるバランス運転も行われている。負荷率とは電源装置の全負荷電流、つまり１００％負荷電流に対する割合のことである。例えば全負荷電流が１００Ａの電源装置の場合、負荷率５０％と言うと５０Ａのことであり、全負荷電流が６０Ａの電源装置の場合、負荷率４０％と言うと２４Ａのことである。

特開２００４−１６６４３７号公報

しかしながら、上記負荷率による電流バランス制御によれば、システムの内に負荷率に対応する電圧レベル或いは出力インピーダンスなどが他の電源装置と異なる異種の電源装置があると、負荷率をバランス情報としてバランス運転する場合、その制御は難しいものとなる。平均電流値をバランス情報としてバランス運転する場合も同様である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システム内の複数台の電源装置の内、異種の電源装置が存在しても、例えば負荷率を同率にするといったバランス運転をはじめ、種々のバランス情報を用いてより効率的なバランス運転を容易に行うことができる並列電源システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の並列電源システムは、共通負荷に並列接続されるとともに相互の通信ポートを通信線にて接続された複数台の電源装置を備え、電源装置は、入力交流電源を所定の直流電源に変換して共通負荷に向けて出力するスイッチング回路と、共通負荷に向けて出力される出力電流を検出する出力電流検出手段と、共通負荷に向けて出力される出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、共通負荷に向けて出力される出力電圧値が目標電圧値を保持するようにスイッチング回路を制御する電圧制御部と、通信ポートに接続されて複数の電源装置間で相互に通信を行い、出力電流及び出力電圧の少なくともいずれか一方からバランス情報を生成して、該バランス情報を他の電源装置に送信するとともに他の電源装置のバランス情報を受信して、自他のバランス情報に基づいて、共通負荷に流れる電流が複数の電源装置間でバランスするように目標電圧値を決定するＣＰＵ装置とを有することを特徴とする。

この発明によれば、各電源装置は、ＣＰＵ装置を搭載しており、このＣＰＵ装置を各電源装置間で相互に接続して、生成した負荷率等のバランス情報を生成して相互に送受信し、自他のバランス情報に基づいて、共通負荷に流れる電流が複数の電源装置間でバランスするように目標電圧値を決定するので、システム内の複数台の電源装置の内、異種の電源装置が存在しても、例えば負荷率を同率にするといったバランス運転をはじめ、種々のバランス情報を用いて、より効率的なバランス運転を容易に行うことができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる並列電源システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明にかかる並列電源システムの実施の形態１の概略の機能ブロック図である。図１において、本実施の形態の並列電源システム１００は、第一電源装置５０Ａ、第二電源装置５０Ｂ及び第三電源装置５０Ｃの三つの電源装置を有している。三つの電源装置５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの出力端子は、負荷６０に並列に接続されている。また、三つの電源装置５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの通信ポートＣＯはバス型通信線３３にて相互に接続されている。三つの電源装置５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは同一の構成を成している。以降、第一電源装置５０Ａの構成を代表として説明し、第一電源装置５０Ａを自装置、第二電源装置５０Ｂ及び第三電源装置５０Ｃを他装置として説明する。

第一電源装置（以降、単に電源装置）５０Ａは、ＡＣ商用電源３から安定したＤＣ電源を生成して負荷６０に供給するスイッチング電源である。つまり、電源装置５０Ａは、商用交流電源３を所定の直流電源に変換して出力端子に接続された負荷６０に印加する。

図１に示すように、トランス１１の１次側には、ＡＣ商用電源３側から、入力整流回路５、入力平滑用コンデンサ７及びスイッチング回路９がこの順で設けられている。一方、トランスの１１の２次側には、トランス１１から負荷６０側に向けて、出力整流回路１３、出力平滑用コンデンサ１５、出力電圧検出回路（出力電圧検出手段）１７、出力電流検出回路（出力電流検出手段）１９がこの順で設けられている。

電源装置５０Ａは、さらにＣＰＵ装置２０と、ＰＷＭ制御部（電圧制御部）２１とを有している。ＣＰＵ装置２０は、ＰＷＭ制御部２１に目標電圧値をあたえる。ＰＷＭ制御部２１は、ＣＰＵ装置２０から目標電圧値を取り込み、また出力電圧検出回路１７の検出する出力電圧を取り込み、自電源装置５０Ａの出力電圧が目標電圧値となるように、スイッチング回路９をフィードバック制御する。ＰＷＭ制御部２１が行うスイッチング回路９のフィードバック制御は、スイッチング回路９のスイッチング動作がＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御されて出力電圧が可変となる周知の技術である。スイッチング回路９の出力電圧は、出力電圧検出回路１７で検出され、その検出信号がＰＷＭ制御部２１に入力される。ＰＷＭ制御部２１は、出力電圧検出回路１７による検出信号とＣＰＵ装置２０から取り込む目標電圧値とに基づいて、負荷６０に流れる電流が各電源装置５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃでバランスするようにスイッチング回路９をフィードバック制御する。

ＣＰＵ装置２０は、記憶されたプログラムにより複雑な処理判断ができるようにされている。ＣＰＵ装置２０は、アナログ端子を通信ポートＣＯに接続し、バス型の通信線３３を介して、他の電源装置５０Ｂ，５０ＣのＣＰＵ装置と所定のプロトコルにて通信を行う。本実施の形態のＣＰＵ装置２０は、他の電源装置５０Ｂ，５０ＣのＣＰＵ装置とバランス情報として出力電流値を送受信する。すなわち、ＣＰＵ装置２０は、出力電流検出回路１９から取り込んだ出力電流値を電源装置５０Ｂ，５０Ｃに送信するとともに、電源装置５０Ｂ，５０Ｃから送られてくる出力電流値を受信する。そして、自他電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの出力電流値から平均電流値を算出するとともに、この平均電流値と自電源装置５０Ａの出力電流値との差分を求め、この差分から目標電圧値を決定する。ここでは、ＣＰＵ装置２０は、自電源装置５０Ａの出力電流値が平均電流値となるように目標電圧値を決定する。

図２に沿ってＣＰＵ装置２０の動作を説明する。ＣＰＵ装置２０は、システムの運転が始まると、まず、他電源装置５０Ｂ，５０Ｃに向けて自電源装置５０Ａのバランス情報の送信を行う（ステップＳ１１）。ここでは、バランス情報として出力電流値を送信する。具体的には、所定のプロトコルを用いて、自らの出力電流値に、送信元つまり自電源装置のアドレスと送信先つまり相手電源装置のアドレスを加えて送信する。

次に、ＣＰＵ装置２０は、他電源装置５０Ｂ，５０Ｃから送られて来る出力電流値を受信する（ステップＳ１２）。他電源装置５０Ｂ，５０Ｃからの情報は、所定時間だけ保持されるバッファ手段によりバッファリングされリアルタイム性が保たれている。なお、ＣＰＵ装置２０は、この動作により、他電源装置５０Ｂ，５０Ｃの出力電流値を得るとともに、どの電源装置が運転中でどの電源装置が停止中であるかを知ることができる。

その後、ＣＰＵ装置２０は、自他電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの出力電流値から平均電流値を算出し（ステップＳ１３）、この平均電流値から自電源装置の目標出力電流値を求める（ステップＳ１４）。ここでは、目標出力電流値を平均電流値に等しくなるようにする。次いで、ＣＰＵ装置２０は、この目標出力電流値を達成できるように目標電圧値を決定して、ＰＷＭ制御部２１に出力する（ステップＳ１５）。次に、自電源装置５０Ａの運転が終了か否かを確認して、終了でなければ上記の処理を繰り返す（ステップＳ１６）。

ＰＷＭ制御部２１は、ＣＰＵ装置２０からの信号に基づいてスイッチング回路９を制御し、自電源装置の出力電流が多ければ少なくするようにスイッチング回路９の出力電圧を適宜に上昇させ、少なければ多くするように出力電圧を適宜に低下させる。

このような構成の並列電源システムによれば、自電源装置の出力電流値を平均電流値とするバランス運転を容易に行うことができる。そして、本システムによれば、ＣＰＵ装置２０相互間で行われる通信の動作によってバランス情報が送受信され、これに基づいてバランス運転が行われるので、システムを構成する複数台の電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの内にたとえ異種の電源装置が存在してもるバランス運転を容易に行うことができる。

実施の形態２．
図３は本発明にかかる並列電源システムの実施の形態２のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態のＣＰＵ装置２０は、実施の形態１の出力電流値に替えて負荷率を送受信する。そして、自他電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの負荷率からシステムの平均負荷率を算出して自電源装置５０Ａの負荷率が平均負荷率となるように目標電圧値を決定する。システムの構成は実施の形態１と同様である。

図３に沿ってＣＰＵ装置２０の動作を説明する。ＣＰＵ装置２０は、システムの運転が始まるとバランス情報として、自電源装置５０Ａの負荷率の送信を行う（ステップＳ２１）。次いで、他電源装置５０Ｂ，５０Ｃから送られて来る負荷率を受信する（ステップＳ２２）。

その後、ＣＰＵ装置２０は、自他電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの出力電流値から平均電流値を算出し（ステップＳ１３）、この平均電流値から自電源装置の目標出力電流値を求める（ステップＳ１４）。ここでは、目標出力電流値を平均電流値に等しくなるようにするものとする。次いで、ＣＰＵ装置２０は、この目標出力電流値を達成できるように目標電圧値を決定して、ＰＷＭ制御部２１に出力する（ステップＳ１５）。最後に、自電源装置５０Ａの運転が終了か否かを確認して、終了でなければ上記の処理を繰り返す（ステップＳ１６）。

このような構成の並列電源システムによれば、システム内の複数台の電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの内に、異種の電源装置が存在しても自電源装置の負荷率を平均負荷率とするバランス運転を容易に行うことができる。

実施の形態３．
図４は本発明にかかる並列電源システムの実施の形態３の概略の機能ブロック図である。図５は本実施の形態のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。図４において、本実施の形態の並列電源システム１０１においては、各電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、それぞれ温度を検出する温度検出手段として、温度センサ２４を有している。

図５に沿ってＣＰＵ装置２０の動作を説明する。ＣＰＵ装置２０は、システムの運転が始まるとバランス情報として、自電源装置５０Ａの検出温度の送信を行う（ステップＳ３１）。次いで、他電源装置５０Ｂ，５０Ｃから送られて来る検出温度を受信する（ステップＳ３２）。

その後、ＣＰＵ装置２０は、自他電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの検出温度から平均温度を算出し（ステップＳ３３）、この平均温度と自装置の検出温度との差分とから自電源装置の目標電圧値の補正をする。たとえば、平均温度と自装置の検出温度との差分に比例した値だけ目標電圧値を下げる（ステップＳ３４）。最後に、自電源装置５０Ａの運転が終了か否かを確認して、終了でなければ上記の処理を繰り返す（ステップＳ３５）。

このような構成の並列電源システムによれば、検出温度をバランス情報として送受信するとともに、自他装置の検出温度から平均温度を算出し、自電源装置の検出温度と平均温度との差分に基づいて目標電圧値を補正するので、システム内の複数台の電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの内、異種の電源装置が存在しても、温度条件も考慮したバランス運転を容易に実現することができる。

実施の形態４．
図６は本発明にかかる並列電源システムの実施の形態４のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態のＣＰＵ装置２０は、バランス情報として、自電源装置５０Ａの負荷率と検出温度の送受信をする。そして、自他電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの負荷率からシステムの平均負荷率を算出し、自電源装置５０Ａの負荷率が平均負荷率となるように目標電圧値を求めた後、この目標電圧値を温度で補正する。システムの構成は実施の形態３と同様である。

図６に沿ってＣＰＵ装置２０の動作を説明する。ＣＰＵ装置２０は、システムの運転が始まるとバランス情報として、自電源装置５０Ａの負荷率及び検出温度の送信を行う（ステップＳ４１）。次いで、他電源装置５０Ｂ，５０Ｃから送られて来る負荷率及び検出温度を受信する（ステップＳ４２）。

その後、ＣＰＵ装置２０は、自他電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの負荷率から平均負荷率を算出し、また平均温度を算出する（ステップＳ４３）。その後、平均負荷率から自電源装置の目標負荷率を求め（ステップＳ４４）。さらに、この目標負荷率を達成する目標電圧値を求め、その後、平均温度と自検出温度との差分から目標電圧値を補正して、ＰＷＭ制御部２１に出力する。たとえば、平均温度と自装置の検出温度との差分に比例した値だけ目標電圧値を下げる（ステップＳ４５）。最後に、自電源装置５０Ａの運転が終了か否かを確認して、終了でなければ上記の処理を繰り返す（ステップＳ４６）。

このような構成の並列電源システムによれば、自電源装置の負荷率を平均負荷率とし、さらに目標電圧値を補正したバランス運転を容易に行うことができる。

実施の形態５．
図７は本発明にかかる並列電源システムの実施の形態５のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態のＣＰＵ装置２０は、バランス情報として、自電源装置５０Ａの負荷率と検出温度の送受信をする。そして、自他電源装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの負荷率からシステムの平均負荷率を算出し、自電源装置５０Ａの負荷率を温度で補正した後、この補正した負荷率となるように目標電圧値を求める。システムの構成は実施の形態３と同様である。

図７に沿ってＣＰＵ装置２０の動作を説明する。ステップＳ５１からＳ５３及びステップＳ５６は、実施の形態４のステップＳ４１からＳ４３及びステップＳ４６と同様である。ステップＳ５４にて、ＣＰＵ装置２０は、求めた目標負荷率を、平均温度と自検出温度との差分により補正して、さらにこの補正した目標負荷率を達成する目標電圧値を求め、これをＰＷＭ制御部２１に出力する（ステップＳ５５）。

目標負荷率の補正に関しては、具体的には、一例として平均温度と自検出温度との差分を係数として負荷率に乗算したものを元の負荷率より減算する。すなわち、負荷率は、平均温度と自検出温度との差分に比例した値だけ減る。つまり、平均温度と自検出温度との差分が大きければ大きいほど負荷率が下がる。なおこのとき、負荷率から減ずる値を、平均温度と自検出温度との差分に比例した値とせず、適当なカーブの関数を乗じた値としてもよい。

上記のように、本実施の形態のＣＰＵ装置２０は、バランス情報として負荷率と検出温度の送受信をして、目標負荷率を温度の係数で補正しているが、これに限らず、バランス情報として出力電流値と検出温度の送受信をして、目標出力電流を温度の係数で補正してもよい。

このような構成の並列電源システムによれば、自電源装置の負荷率を平均負荷率とし、さらに求めた負荷率を温度で補正したバランス運転を容易に行うことができる。なお、自電源装置の検出温度が平均温度より所定値以上大きいときにのみ、負荷率を下げるようにしてもよい。また、自電源装置の検出温度が平均温度より大きければ大きいほど負荷率を下げるようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかる並列電源システムは、負荷に対し複数の電源装置の出力を並列接続する並列電源システムに有用であり、特に、例えば負荷率に対応する電圧レベル或いは出力インピーダンスなどが他の電源装置と異なる異種の電源装置を含む並列電源システムにおいて、各種バランス運転する場合に適用されて好適なものである。

本発明にかかる並列電源システムの実施の形態１の概略の機能ブロック図である。 本発明にかかる並列電源システムの実施の形態１のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる並列電源システムの実施の形態２のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる並列電源システムの実施の形態３の概略の機能ブロック図である。 本発明にかかる並列電源システムの実施の形態３のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる並列電源システムの実施の形態４のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる並列電源システムの実施の形態５のＣＰＵ装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

３ 商用交流電源
５ 入力整流回路
７ 入力平滑用コンデンサ
９ スイッチング回路
１１ トランス
１３ 出力整流回路
１５ 出力平滑用コンデンサ
１７ 出力電圧検出回路（出力電圧検出手段）
１９ 出力電流検出回路（出力電流検出手段）
２０ ＣＰＵ装置
２１ ＰＷＭ制御部（電圧制御部）
２４ 温度センサ（温度検出手段）
３３ 通信線
５０Ａ 第一電源装置
５０Ｂ 第二電源装置
５０Ｃ 第三電源装置
６０ 負荷
１００，１０１ 並列電源システム
ＣＯ 通信ポート

Claims (8)

1. 共通負荷に並列接続されるとともに相互の通信ポートを通信線にて接続された複数台の電源装置を備え、
   前記電源装置は、
   入力交流電源を所定の直流電源に変換して前記共通負荷に向けて出力するスイッチング回路と、
   前記共通負荷に向けて出力される出力電流を検出する出力電流検出手段と、
   前記共通負荷に向けて出力される出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
   前記共通負荷に向けて出力される出力電圧値が目標電圧値を保持するように前記スイッチング回路を制御する電圧制御部と、
   前記通信ポートに接続されて複数の電源装置間で相互に通信を行い、出力電流及び出力電圧の少なくともいずれか一方からバランス情報を生成して、該バランス情報を他の電源装置に送信するとともに他の電源装置のバランス情報を受信して、自他のバランス情報に基づいて、前記共通負荷に流れる電流が前記複数の電源装置間でバランスするように前記目標電圧値を決定するＣＰＵ装置と
   を有することを特徴とする並列電源システム。
2. 前記ＣＰＵ装置は、出力電流値を前記バランス情報として送受信するとともに、自他装置の出力電流値から平均電流値を算出し、自電源装置の出力電流値が前記平均電流値となるように前記目標電圧値を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の並列電源システム。
3. 前記ＣＰＵ装置は、負荷率を前記バランス情報として送受信するとともに、自他装置の負荷率から平均負荷率を算出し、自電源装置の負荷率が前記平均負荷率となるように前記目標電圧値を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の並列電源システム。
4. 前記ＣＰＵ装置は、負荷率を前記バランス情報として送受信するとともに、自装置の負荷率が、前記複数の電源装置の負荷率のうち最大の負荷率となるように前記目標電圧値を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の並列電源システム。
5. 前記ＣＰＵ装置は、負荷率を前記バランス情報として送受信するとともに、自装置の負荷率が、前記複数の電源装置の負荷率のうち最小の負荷率となるように前記目標電圧値を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の並列電源システム。
6. 自装置の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記ＣＰＵ装置は、検出温度を前記バランス情報として送受信するとともに、自他装置の検出温度から平均温度を算出し、自電源装置の検出温度と前記平均温度との差分に基づいて前記目標電圧値を補正する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の並列電源システム。
7. 自装置の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記ＣＰＵ装置は、自装置の検出温度が前記複数の電源装置の平均温度より所定値以上大きいとき、自装置の負荷率を下げるように前記目標電圧値を決定する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の並列電源システム。
8. 前記ＣＰＵ装置は、自装置の検出温度が前記複数の電源装置の平均温度より大きければ大きいほど、自装置の負荷率を下げるように前記目標電圧値を決定する
   ことを特徴とする請求項７に記載の並列電源システム。

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