特許 6392585 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6392585

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/26 20060101AFI20180910BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20180910BHJP

   G06F 1/28 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   G06F1/26 C

   H02J9/06 110

   G06F1/28 C

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-171529(P2014-171529)

(22)【出願日】2014年8月26日

(65)【公開番号】特開2016-45858(P2016-45858A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年7月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227205

【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124154

【弁理士】

【氏名又は名称】下坂 直樹

(72)【発明者】

【氏名】高木 至幸

【審査官】 三橋 竜太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２８８８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５０６５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ １／２６−１／３２

Ｈ０２Ｊ １／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次側電源と負荷または出力先の間に複数の二次側電源を接続し、
前記二次側電源の出力のうち少なくとも一つの出力に複数の三次側電源を接続し、
前記複数の二次側電源及び三次側電源に対して少なくとも一つの予備電源を備え、前記二次側電源及び前記三次側電源の電源出力を監視するモニタ部を備え、
前記電源出力を監視し、前記電源出力が所定の範囲を外れた場合、前記二次側電源または前記三次側電源を前記予備電源に切り替え、
前記三次側電源の出力電圧が異常な場合、前段の二次側電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、前記二次側電源の出力電圧が正常であれば前記三次側電源を前記予備電源に切り替え、異常であれば前々段の一次側電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、前記一次側電源の出力電圧が正常であれば前記二次側電源を前記予備電源に切り替えることを特徴とする電源装置。

【請求項2】

複数のｎ次電源（ｎは３以上）の出力のうち少なくとも一つに複数のｎ＋１次側電源を接続することを必要段数であるｋ次（ｋは４以上）まで行い、
前記二次側からｋ次側までの電源に対して少なくとも一つの予備電源を備え、前記二次側からｋ次側までの電源出力を監視するモニタ部を備え、
前記電源出力を監視し、前記電源出力が所定の範囲を外れた場合、前記二次側から前記ｋ次側までの電源のうち少なくとも一つを前記予備電源に切り替え、
ｉ次側電源（ｉ≧３）の出力電圧が異常な場合、前段のｉ−１次側電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、前記ｉ−１次側電源の出力電圧が正常であれば前記ｉ次側電源を前記予備電源に切り替え、異常であれば前々段のｉ−２次側電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、前記ｉ−２次側電源の出力電圧が正常であればｉ−１次側電源を前記予備電源に切り替え、異常であればさらに前段のｉ−３次側電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、以後出力電圧が正常である低次側電源まで（最低次で二次側電源まで）遡って前記出力電圧の確認と予備電源への切り替えを行う請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記予備電源は、前記一次側電源と入力が共通に接続されてその出力が出力選択部に接続される電圧制御部と、
電圧制御部の出力に接続され前記電圧制御部の出力電圧の情報を出力する出力検出部と、
複数ある出力が負荷回路部、前記二次側電源から最高次までの電源とそれぞれ接続されて入出力接続を設定する出力選択部と、
所定の出力電圧範囲情報及び電圧制御部出力電圧設定情報を格納できる記憶部と、
監視している前記電源出力が前記記憶部に格納された出力電圧範囲から外れた場合、前記電圧制御部の出力電圧を、前記出力検出部の出力電圧の情報を用いて、前記出力電圧範囲から外れた電源と同じ電圧になるよう設定し、前記出力選択部で前記電圧制御部の出力接続先を前記出力電圧範囲から外れた電源に設定するコンバータ制御部と、
を備えた請求項１または２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記二次側から最高次までの電源のうち少なくとも一段の電源に対して、前記予備電源を複数備えしかも前記複数の予備電源間で動作順番を設定する請求項１または２に記載の電源装置。

【請求項5】

前記モニタ部が複数回出力電圧を読み出し、前記二次側から最高次までの電源のいずれかの出力電圧が所定の範囲から外れた状態が続いた場合に、前記予備電源へ切り替える請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項6】

前記予備電源へ切り替える際、前記出力検出部が前記電圧制御部からの出力を読み出し、読み出した出力が前記所定の範囲に入っていることが複数回続いた場合に、異常電圧を出力した前記二次側から最高次までの電源のいずれかの電源に換えて前記出力選択部から前記出力を出力する請求項３に記載の電源装置。

【請求項7】

前記所定の出力電圧範囲情報を格納できる記憶部を前記予備電源に設ける代わりに前記モニタ部に設け、前記モニタ部は読み出した出力電圧が前記所定の範囲から外れたか否かの判定信号を出力する請求項３に記載の電源装置。

【請求項8】

前記予備電源が複数の場合、コンバータ制御部を共通化した共通制御部を設ける請求項３に記載の電源装置。

【請求項9】

前記予備電源に通信部を設け、異常の有無に係わらず、電源装置外部からの制御により前記予備電源の出力電圧の変更または前記負荷回路部との接続を変更する請求項３に記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置に関し、特に三次側電源を有する電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路（Ｉｎｔｅｇａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に代表される電子デバイスに電源を供給する電源回路は、電子デバイス固有の指定電圧及び電流を供給する必要がある。近年は電子デバイスの開発プロセスの進歩により、以前と比較して低電圧化や、1つの電子デバイスに対して複数の電源電圧を入力する必要があり、外部から供給される主電源（一次側電源）からコンバータ回路によって異なる複数の電圧値に変換して供給している（二次側電源）。同様にコンバータ回路の変換効率の向上や入出力電流における基板配線パターン面積の増大や配線パターンが長くなることによる電圧低下を防ぐことを目的として、二次側電源コンバータ回路によって生成された電源からさらに異なる複数の電圧値に変換することもある（三次側電源）。

【0003】

集積回路の高度化やコンバータ回路の増加に伴い、システム基板全体の故障率が上がることが懸念される。また、異常・故障時にシステム基板の提供するサービスへの影響が大きい場合やシステム基板の交換が容易でない場合があり、高い信頼性を要求される場合には同じ動作を行うシステム基板もしくは基板内のコンバータ回路を複数用意する冗長系を構成することが必要となる。

【0004】

特許文献１には次のような電源システムが記載されている。

【0005】

並列接続した各現用電源の電圧を監視する電圧監視手段と、現用電源の電圧が第一の閾値以下に低下したときに停止状態の予備電源の起動操作をする予備電源起動手段と、少なくとも該予備電源の起動完了を条件にして該予備電源を新たな現用電源とする電源切り替え操作を行う電源切り替え手段を備えている。

【0006】

同文献の（００３８）段落には、電源電圧Ｖが閾値電圧Ｖ1に低下した時点ｔ0では予備電源（電圧ＶA）の起動操作をせず、所定のグリッチ時間ｔGが経過する時点ｔ1まで待機する。そして、同文献の図９に示されるように、時点ｔ1において電源電圧Ｖが閾値Ｖ1以上に回復していれば予備電源の起動操作をしない。また（００５１）段落には、予備電源回路が複数個備えられていることが記載されている。さらに（００６１）段落には、現用電源３の出力電流が増加した場合にその現用電源３に対して予備電源６を並列に動作させ出力補助を行わせることができると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開2009-055686号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

三次側電源またはそれ以上の段数まで設ける場合、二次側の出力電圧が異常になると三次側以降のそれも影響を受けて異常になる。しかし特許文献１では二次側電源についてしか述べておらず、三次側以降についての記述や示唆はない。

【0009】

本発明の目的は、以上述べた問題点を解決し、二次側だけでなく三次側またはそれ以上の段数の電源を監視して、異常が発生した場合に予備電源に切り替えることが可能な電源装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明によれば、一次側電源と負荷または出力先の間に複数の二次側電源を接続し、前記二次側電源の出力のうち少なくとも一つの出力に複数の三次側電源を接続し、
前記複数の二次側電源及び三次側電源に対して少なくとも一つの予備電源を備え、前記二次側電源及び前記三次側電源の電源出力を監視するモニタ部を備え、
前記電源出力を監視し、前記電源出力が所定の範囲を外れた場合、前記二次側電源または前記三次側電源を前記予備電源に切り替えることを特徴とする電源装置が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、二次側だけでなく三次側またはそれ以上の段数の電源を監視して、異常が発生した場合に予備電源に切り替えることが可能な電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態の全体構成の説明図である。

【図2】本発明の第１の実施形態の予備電源部30の説明図である。

【図3】本発明の第２の実施形態の全体構成の説明図である。

【図4】本発明の第２の実施形態の予備電源部31の説明図である。

【図5】本発明の第３の実施形態の全体構成の説明図である。

【図6】本発明の第３の実施形態の予備電源部32の説明図である。

【図7】本発明の第４の実施形態の全体構成の説明図である。

【図8】本発明の第４の実施形態の予備電源部33の説明図である。

【図9】本発明の第５の実施形態の全体構成の説明図である。

【図10】本発明の第５の実施形態の予備電源部34の説明図である。

【図11】本発明の実施形態で用いるリレー回路の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（第１の実施形態）
［構成の説明］
図１を参照すると、本実施形態の電源装置1の構成を説明する。

【0014】

主電源10は一次側電源11を供給する。コンバータ部20は、外部から入力される電圧レベルによって出力をオン・オフ制御することが可能な出力制御端子を具備する。入力に一次側電源11を供給した状態で出力制御端子の電圧がハイレベルであれば二次側電源15を出力する。

【0015】

コンバータ部21は、外部から入力される電圧レベルによって出力をオン・オフ制御することが可能な出力制御端子を具備する。入力に一次側電源11を供給した状態で出力制御端子の電圧がハイレベルであれば二次側電源16を出力する。コンバータ部24も同様である。

【0016】

二次側電源15には２つのコンバータ部22,23が並列に接続され、それぞれ三次側電源18,19を負荷回路部25,26に供給する。負荷回路部25は、入力に三次側電源18を供給することによって駆動する。負荷回路部26は、入力に三次側電源19を供給することによって駆動する。

【0017】

モニタ部35-1はコンバータ部20の出力に接続され、二次側電源15の電圧値をモニタリングする。モニタ部35-3とモニタ部35-4は、コンバータ部22の出力と負荷回路部25及びコンバータ部23の出力と負荷回路部26との間にそれぞれ接続され、二次側電源18及び二次側電源19の電圧値をモニタリングする。なお以下では複数のモニタ部を総称してモニタ部35と称することがある。

【0018】

また、アナログデジタル変換した電圧値データ（モニタ信号51-1〜51-n）を予備電源部30に出力する。なお以下複数のモニタ信号を総称してモニタ信号51と称することがある。

【0019】

予備電源部30は各コンバータ部と共通の一次側電源11が入力され負荷回路部25、負荷回路部26、負荷回路部27及び負荷回路部28とそれぞれ接続された出力を持っており、一次側電源11が供給されることで内部回路が動作を開始する。また、コンバータ部の出力制御端子及びモニタ部の通信端子と接続され、各コンバータ部の出力オン・オフ制御を行いまた各モニタ部から電圧値データを読み出す。

【0020】

また、図２は予備電源部30の内部構成を説明する図である。予備電源部30は、電圧制御部40、出力検出部41、コンバータ制御部42、出力選択部43、記憶装置44,45を備えている。

【0021】

電圧制御部40は、一次側電源11が入力されると、任意の電圧を出力選択部43へ出力する。また、コンバータ制御部42から入力される電圧レベルによって出力をオン・オフ制御することができる出力制御端子及び外部から入力されるPWM(pulse width modulation)制御信号によって出力電圧レベルを制御する出力電圧制御端子を具備する。

【0022】

出力検出部41は、電圧制御部40の出力と出力選択部43との間に接続され、出力電圧値をモニタリングする。また、アナログデジタル変換した電圧値データを出力検出信号63としてコンバータ制御部42に出力する。

【0023】

出力選択部43は、図１に示したコンバータ部20、21、24の出力（それぞれ二次側電源15、16、・・・17）とそれぞれ接続されている。また、出力選択部43はコンバータ部22の出力（負荷回路部25の入力）、コンバータ部23の出力（負荷回路部26の入力）とそれぞれ接続されている。出力選択部43は、出力電圧が異常となったコンバータ部を代替するため、モニタ信号に基づいてコンバータ制御部42が設定した設定データ（出力選択制御信号62）によって入力端子と出力端子の接続状態を設定する。

【0024】

記憶装置44にはコンバータ部20及びコンバータ部21の出力電圧範囲の上限値及び下限値情報が格納されており、コンバータ制御部42が格納データを読み取る。この出力電圧範囲の上限値及び下限値情報は、異常検出の閾値となることから、使用するコンバータ部の出力電圧仕様範囲もしくは負荷回路部の入力電圧仕様範囲を指定することが望ましい。

【0025】

記憶装置45には電圧制御部40の出力電圧設定情報が格納されており、コンバータ制御部42が格納データを読み取る。

【0026】

コンバータ制御部42は、次のような機能を備える。各コンバータ部の出力制御端子と接続され、出力オン・オフ制御を行う。（初期起動時には出力オフ制御とする。）
各モニタ部と接続され、各コンバータ部の出力電圧値データをモニタ信号51-1〜51-nとして読み出す。（初期起動時にはデータ読み出しは行わない）
電圧制御部40の出力制御端子と接続され、出力制御信号60で出力オン・オフ制御を行う。（初期起動時には出力オフ制御とする。）
電圧制御部40の出力と接続され、電圧設定制御信号61で出力電圧設定を行う。（初期起動時には最少電圧値に設定とする。）
出力検出部41と接続され、電圧制御部40の出力電圧値データを読み出す。（初回起動時にはデータ読み出しは行わない。）
出力選択部43と接続され、出力選択部43の出力接続先を制御する。（初回起動時にはどの出力とも接続しない設定とする。）
記憶装置44と接続され、各コンバータの出力電圧範囲情報を読み出す。（初回起動時にデータ読み出し行う。）
記憶装置45と接続され、各コンバータの出力電圧設定情報を読み出す。（初回起動時にデータ読み出しを行う。）
[動作の説明］
図１及び図２を用いて本実施形態の電源装置1の動作を説明する。

【0027】

予備電源部30のコンバータ制御部42は記憶装置44及び記憶装置45から設定データを読み出す。読み出しが完了すると、出力制御信号50-1、50-2、50-3、50-4・・・50-nを出力オン制御とする。なお以下複数の出力制御信号を総称して出力制御信号50と称することがある。コンバータ部20は二次側電源15を生成しコンバータ部22及びコンバータ部23へ供給する。コンバータ部22は三次側電源18を生成して負荷回路部25へ供給し、コンバータ部23は三次側電源18とは異なる電圧の三次側電源19を生成して負荷回路部26へ供給する。

【0028】

またコンバータ部21、24はそれぞれ二次側電源16、17を生成して負荷回路部27、28に供給する。このようにして各負荷回路部25、26、27、28に電源が供給され動作を開始する。

【0029】

次にコンバータ制御部42は全てのモニタ部35-1〜35-nからモニタ信号51-1〜51-nの読み出しを任意の周期で開始する。読み出した電圧値データが初期起動時に記憶装置44から読み出したコンバータ部出力電圧範囲情報70の電圧範囲内であるかの比較確認（監視）を行う。

【0030】

ここでコンバータ部20に何かしらの異常が発生し、モニタ部35-1から読み出したモニタ信号51-1の電圧値データがコンバータ部出力電圧範囲情報70の電圧範囲外となった時、コンバータ制御部42は二次側電源をコンバータ部20から予備電源部30に切り替える。切り替えは、負荷回路部への予備電源の接続→異常コンバータの出力停止という順序で行う。まずコンバータ制御部42は、モニタ部35-1へのモニタ信号51-1読み出しと比較確認を停止する。

【0031】

コンバータ制御部42は電圧制御部40に対して、予め記憶装置45から読み出した電圧制御部出力電圧設定情報71を参照して、電圧制御部40の出力電圧値がコンバータ部20と同じ出力電圧になるように電圧設定制御信号61を制御する。

【0032】

出力電圧設定が完了すると、コンバータ制御部42は出力制御信号60を出力オン制御とし、出力検出部41から出力検出信号63の読み出しを任意の周期で開始し、初期起動時に記憶装置44から読み出した、コンバータ部20のコンバータ部出力電圧範囲情報70と比較確認を行う。

【0033】

コンバータ制御部42は、読み出した電圧値データが電圧範囲内になるのを確認すると、出力選択制御信号62を出力して出力選択部43の入出力接続設定を変更し、電圧制御部40の出力がコンバータ部22、23の入力側と接続するように制御する。

【0034】

最後に、電圧制御部40の出力とコンバータ部22、23の入力側との接続制御が完了すると、コンバータ部20に対する出力制御信号50-1を出力オフ制御として出力を停止させる。以後のコンバータ部22、23に供給する二次側電源15のモニタリングは、予備電源部30内の出力検出部41から電圧値データを読み出し比較確認を行う。

【0035】

本実施形態では二次側電源を構成するコンバータ部だけでなく三次側電源を構成するコンバータ部に対しても監視するので、「異常」状態発生時に予備電源に切り替えることが可能である。切り替えは以下のように行う。

【0036】

まず三次側電源の出力電圧をモニタ部で確認する。出力電圧が異常な場合つまり所定の電圧範囲を外れた場合、二次側電源の出力電圧をモニタ部で確認する。モニタする理由は、三次側電源が異常な場合、三次側電源自体が異常な場合と、三次側電源は正常なのに二次側電源が異常なためにその異常な出力が入力された三次側電源が異常な出力をしている場合とがあり、その切り分けを行うためである。

【0037】

二次側電源の出力電圧が正常つまり所定の電圧範囲に入っていれば、異常な電源は三次側電源だけなのでそれを予備電源に切り替える。二次側電源が異常であれば二次側電源を予備電源に切り替える。切り替えるとその出力電圧は正常になるので、次に三次側電源が正常かどうか、出力電圧をモニタ部で確認する。正常であれば二次側電源だけが異常であったと判別できる。二次側電源を予備電源に切り替えても三次側電源が異常であれば、三次側電源も予備電源に切り替える。

【0038】

このように各段の出力電圧をモニタして異常な電源を予備電源に切り替えることを、高次側電源から低次側電源に遡って行っていく。なお一次側電源は予備電源に切り替えないので、遡るのは二次側電源までである。

【0039】

一般化すると次のようになる。ｉ次側電源（ｉ≧３）の出力電圧が異常な場合、前段のｉ−１次側電源の出力電圧をモニタ部で確認する。ｉ−１次側電源の出力電圧が正常であればｉ次側電源を予備電源に切り替える。ｉ−１次側電源が異常であればその前段のｉ−２次側電源の出力電圧をモニタ部で確認する。ｉ−２次側電源の出力電圧が正常であればｉ−１次側電源を予備電源に切り替える。ｉ−１次側電源を予備電源に切り替えるとその出力電圧が正常になるので、次にｉ次側電源が正常かどうか、出力電圧をモニタ部で確認する。正常であればｉ−１次側電源だけが異常であったと判別できる。ｉ−１次側電源を予備電源に切り替えてもｉ次側電源が異常であれば、ｉ次側電源も予備電源に切り替える。

【0040】

ｉ−２次側電源の出力電圧が異常であればさらに前段のｉ−３次側電源の出力電圧をモニタ部で確認する。以後同様に、出力電圧が正常である低次側電源まで遡って前記出力電圧の確認と予備電源への切り替えを行う。ただし遡る最低次の電源は二次側電源までである。

【0041】

このように、ｉ次側電源を予備電源に切り替えた後にｉ＋１次側電源が正常かどうかをモニタし、ｉ＋１次側電源を予備電源に切り替えたら、更にその後段のｉ＋２次側電源をモニタし、・・・という制御を行う。このような制御を行えば正常な電源を無駄に予備電源に切り替えることがない。

【0042】

ただ後述の実施形態で述べるように、予備電源を複数持ち、段数が多くなるとこのような制御は、全て切り替え終わるまで時間がかかるようになる。その場合は、ｉ次側、ｉ＋１次側、・・・最終段の電源、つまり、予備電源に切り替えた最も低次側の電源より高次の電源の出力をモニタせず、全て予備電源に切り替えることも可能である。もちろん段数が少ない場合でもこの全切り替えは可能である。

【0043】

なお高次側電源から遡って二次側電源まで予備電源に切り替えても二次側電源の出力電圧異常が改善されない場合は、電源の異常ではなく、負荷回路部に何かしらの異常が発生したと考えられる。（予備電源部の正常性は、既にコンバータ制御部42が出力検出信号63とコンバータ部出力電圧範囲情報70とを比較することで、出力電圧が範囲内であることを確認しているため）この場合、図１でいえば、必要に応じてコンバータ制御部42が、動作している全てのコンバータの出力を停止させることも可能であり、後で述べる図１０のように通信部48が具備されていれば外部管理端末通信信号56で外部へアラームを通知することもできる。

【0044】

また二次側電源を予備電源に切り替えても二次側電源電圧が正常に戻らない場合の負荷回路部以外の原因としては、一次側電源の異常と考えられる。その場合は負荷回路部の場合と同様に外部にアラームを通知すればよい。
（実施例）
図１及び図２を用い、数値を挙げて実施例を説明する。

【0045】

主電源10はシステム基板が外部の装置基板と接続され、一次側電源11(12.00V)がコンバータ部20、コンバータ部21、・・・、コンバータ部24及び予備電源部30の入力へ供給される。

【0046】

コンバータ部20は入力に12V±4V(8.00〜16.00V)が供給されると5.00V±3%(4.85〜5.15V)を出力する特性を持ったDC-DCコンバータモジュールである。またコンバータ部21は入力に12V±4V(8.00〜16.00V)が供給されると3.30V±3%(3.20〜3.40V)を出力する特性を持ったDC-DCコンバータモジュールである。ただし初期起動時にはコンバータ部20は予備電源部30内のFPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device)に代表されるプログラマブルデバイスで構成されたコンバータ制御部42によって出力制御信号50-1、出力制御信号50-2、出力制御信号50-3、出力制御信号50-4、・・・出力制御信号50-nの電圧レベルをロウレベル(0.00V)に制御され、出力オフ制御となっている。この時、コンバータ制御部42が起動するまでに過渡的に不定な電圧レベルを出力する可能性もあるため、制御信号ラインに対してプルダウン抵抗を接続する等といった手段で誤出力を防止する。

【0047】

予備電源部30に一次側電源11(12.0V)が供給されると、コンバータ制御部42は接続される記憶装置44（メモリ）内に格納されているコンバータ出力部電圧範囲情報70と、記憶装置45（メモリ）内に格納されている電圧制御部出力電圧設定情報71を読み出す。

【0048】

コンバータ出力部電圧範囲情報70には、コンバータ部20が出力する電圧の出力電圧範囲（4.85V〜5.15V）と、コンバータ部21が出力する出力電圧範囲（3.20V〜3.40V）とがデータとして予め格納されている。これらの出力電圧範囲のデータはユーザが事前に格納する。負荷回路部の動作電圧範囲よりもコンバータ部の出力電圧範囲を狭く設定すると安定して動作するので好ましい。

【0049】

電圧制御部出力電圧設定情報71には、使用するコンバータ部20の出力電圧5.00Vを電圧制御部40に出力させる際に必要な電圧設定制御信号61のデータと、コンバータ部21が出力する電圧3.30Vを電圧制御部40に出力させる際に必要な電圧設定制御信号61のデータが予め格納されている。

【0050】

コンバータ制御部42は、記憶装置44、45からの設定データの読み出しが完了すると、各コンバータ部と接続されている出力制御信号50-1、出力制御信号50-2、・・・出力制御信号50-nの電圧レベルにハイレベル(12.00V)を出力してコンバータ部20、21、24を出力オン制御とする。

【0051】

コンバータ部20は二次側電源15(5.00V±3%)を生成しコンバータ部22、23へ、コンバータ部21は二次側電源16(3.30V±3%)を生成し負荷回路部27にそれぞれ供給する。コンバータ部22、23はそれぞれ三次側電源18、19を生成し、負荷回路部25、26に供給する。このようにして各負荷回路部は動作を開始する。

【0052】

次にコンバータ制御部42はコンバータ部20の出力と接続されるモニタ部35-1、コンバータ部21の出力と接続されるモニタ部35-2、・・・コンバータ部24の出力と接続されるモニタ部35-nからモニタ信号51-1、モニタ信号51-2、モニタ信号51-3、モニタ信号51-4、・・・モニタ信号51-nの読み出しを5msec周期で開始する。この読み出し周期は事前設定で任意の値に変更することが可能である。

【0053】

ここで、読み出したモニタ信号51-1の電圧値データが例えば5.05Vである場合、初期起動時に記憶装置44から読み出したコンバータ部20のコンバータ部出力電圧範囲情報70の電圧範囲(5.00V±3%=4.85〜5.15V）と比較した結果、電圧範囲内であることから「正常」状態と判断してモニタ信号51-1の読み出しを継続する。

【0054】

コンバータ部20に何かしらの異常が発生し、モニタ部35-1から読み出したモニタ信号51-1の電圧値データが例えば5.20Vである場合、初期起動時に記憶装置44から読み出したコンバータ部20のコンバータ部出力電圧範囲情報70の電圧範囲（5.00V±3%=4.85〜5.15V）と比較した結果、電圧範囲外であることから「仮異常」状態と判断する。モニタ信号51-1の読み出しを継続し、誤検出を防止するため「仮異常」状態が例えば3回連続で続いた場合に初めて「異常」状態と判断する。異常状態と判断されたらコンバータ部20を予備電源に切り替える。以下切り替えについて説明する。

【0055】

コンバータ部20が「異常」状態と判断されると、コンバータ制御部42は、モニタ部35-1へのモニタ信号51-1読み出しと比較確認を停止する。

【0056】

次にコンバータ制御部42は、電圧制御部40に対して、電圧制御部40の出力電圧値をコンバータ部20と同じ出力電圧5.00Vになるように電圧設定制御信号61としてPWM(Pulse Width Modulation)制御信号を出力する。

【0057】

なお、ここでは電圧制御部40に出力電圧をPWM制御信号によって制御できるタイプのDC-DCコンバータモジュールを使用している。電圧調整端子に接続される抵抗値によって出力電圧を設定するタイプのDC-DCコンバータモジュールを使用する場合は、電圧調整端子にデジタル可変抵抗器を接続し、コンバータ制御部からデジタル可変抵抗器に対して抵抗値の設定をすることで対応が可能である。

【0058】

出力電圧設定が完了すると、コンバータ制御部42は出力制御信号60にハイレベル(12.00V)を出力して電圧制御部40を出力オン制御とする。

【0059】

出力検出部41から出力検出信号63の読み出しを5msec周期で開始し、初期起動時に記憶装置44から読み出した、コンバータ部20のコンバータ部出力電圧範囲情報70の電圧範囲（5.00V±3%=4.85〜5.15V）と比較確認を行う。

【0060】

コンバータ制御部42は、出力検出信号63の電圧値データが3回連続で電圧範囲内になるまで読み出しを繰り返し、出力電圧が安定したことを確認する。確認後、出力選択制御信号62を出力して複数のトランジスタ回路、もしくはリレー等のスイッチ回路で構成される出力選択部43の入出力接続設定を変更し、電圧制御部40の出力を「異常」状態を検出したコンバータ部22、23の入力側とのみ接続するように制御する。次の表１に、図１の電源装置1における二次側のコンバータ部20,21と三次側のコンバータ部22,23の入出力電圧範囲を示す。

【0061】

【表1】

【0062】

特許文献１においては、予備電源の出力と各コンバータ回路の出力とをトランジスタ回路によるスイッチ接続をしている。しかしリレー回路によるスイッチ接続の方が望ましい。トランジスタ回路を使用する場合には、コレクタ・エミッタ間の抵抗値による電圧低下や消費電流の増加、またその損失によって生じる発熱によって同一基板内の他回路へ影響を与える懸念や、放熱器が必要な場合には実装領域を考慮しなければならない。

【0063】

それに対してリレー回路を使用する場合には、絶縁抵抗がOFF時にはほぼ無限大、ON時にも数十ミリΩ（オーム）と低い。トランジスタ回路と比べて接点の定格電圧や定格電流も一般的には大きいことからコンバータ回路の出力と負荷回路部を接続する用途としては適している。また、リレー回路は機械的な動作でON・OFFスイッチを行うことから接点の寿命が懸念されるが、連続してスイッチを行うわけではないことから問題はない。具体的には図１１に示すリレー回路を使うことができる。

【0064】

最後に、電圧制御部40の出力とコンバータ部22、23の入力側との接続制御が完了すると、コンバータ部20に対する出力制御信号50-1にロウレベル(0.00V)を出力してコンバータ部20を出力オフ制御する。以後のコンバータ部22、23に供給する二次側電源15のモニタリングは予備電源部30内の出力検出部41から電圧値データを読み出し比較確認をすることで行う。

【0065】

他のコンバータ部21,22,23,24が異常になった場合も、コンバータ部20の場合と同様に予備電源部30に切り替える。

【0066】

以上本実施形態では主に三次側までの電源を持つ場合で説明したが、四次側、五次側またはそれ以降も同様であり、必要な段数だけ接続すればよい。例えば、四次側電源が必要な場合は、２つの三次側電源（コンバータ部２２、２３）のどちらかに複数の四次側電源を接続し、それらの出力を各々負荷回路部に接続するか、または必要があれば複数の五次側電源に接続すればよい。
（第２の実施形態）
図３及び図４は第２の実施形態を示す図であり、図３は全体構成の説明図、図４は予備電源部31の説明図である。

【0067】

第１の実施形態では、予備電源部30内のコンバータ制御部42において予め記憶装置44内に格納されたコンバータ部出力電圧範囲情報70を読み出し、モニタ部35から読み出しているモニタ信号51と電圧値の比較を行い「異常」状態の検出を行う。それに対して、本実施形態では図３に示すように、記憶装置44を予備電源部30ではなく各モニタ部35と接続させ、各コンバータ部の「異常」状態をモニタ部35にて検出する構成としている。図４に示した予備電源部31には記憶装置44はなく、記憶装置45だけがある。

【0068】

これにより、電圧値データをそのまま読み出していたモニタ信号51を、電圧レベルによる「異常」状態有無を判定する二値信号（デジタル信号）に置き換えることができ、配線パターンによる信号劣化に強くなる。それに加えてコンバータ制御部42での比較確認処理の簡易化を図ることが可能となる。
（第３の実施形態）
図５及び図６は、第３の実施形態を示す図であり、図５は全体構成を示す図、図６は予備電源部32-1、32-2を示す図である。なお予備電源部32-3は図示を省略した。

【0069】

第１の実施形態では予備電源部30は一つだけである。これに対して本第３の実施形態では、n個の二次側電源（コンバータ部20,21,・・・24）に対して予備電源部32を2個（予備電源部32-1、予備電源部32-2）用意させる構成となっている。これにより、n個のコンバータ部の中で二つのコンバータ部に「異常」状態が発生した場合についても、予備電源部32への出力切替制御を行うことができ、さらなる信頼性の向上を図ることができる。同様の考えで予備電源部32を三つ以上用意させることも可能である。

【0070】

なお、モニタ部35から読み出すモニタ信号51を二つの予備電源部32-1,32-2に対して共通に接続した場合に、あるコンバータ部の「異常」状態発生時に二つの予備電源部32が同時に出力切替制御を行ってしまうことが想定できる。そこで、予備電源部32-1と予備電源部32-1の間を接続し、予備電源間接続信号55で初期起動時に自律的に順位づけを行う仕組みを追加することで上記の問題解決を図ることができる。

【0071】

なお三次側電源はコンバータ部22,23の２つだけであり、両方同時に異常になる可能性は低いという前提で予備電源部32-3一つだけとした。しかし二次側電源と同様に予備電源部を２つ設けてもかまわない。
（第４の実施形態）
図７及び図８は、第４の実施形態を示す図で、図７は全体構成の説明図、図８は予備電源部33の説明図である。

【0072】

本実施形態では、複数の予備電源部33-1、33-2内のコンバータ制御部42を独立させて共通制御部47として1つに集約する構成となっている。集約に伴い、出力制御信号50、モニタ信号51、出力制御信号60、電圧設定制御信号61、出力選択制御信号62及び出力検出信号63は共通制御部47と接続された信号線でやり取りされる。また記憶装置44'には全ての予備電源部のコンバータ出力部電圧範囲情報が記憶される。同じく記憶装置45'には全ての予備電源部の電圧制御部出力電圧設定情報が記憶される。

【0073】

これにより、各モニタ部35-1、35-2、・・・、35-nが収集したモニタ信号51を複数の予備電源部に対してそれぞれ配線する必要が無くなる。また予備電源部内の回路規模を縮小することができる。また、各予備電源部にあるコンバータ制御部を共通制御部47として共通化し集中制御することで、第３の実施形態で行った、複数の予備電源部の動作に優先順位を付け競合を起こさないようにする制御についても不要となる。
（第５の実施形態）
図９及び図１０は、第５の実施形態を示す図で、図９は全体構成の説明図、図１０は予備電源部34の説明図である。

【0074】

第１の実施形態では、各コンバータ部に接続されたモニタ部35のモニタ信号50の値をコンバータ制御部42にて監視し、「異常」状態検出時に自律的に予備電源部30の切替運転制御を開始する。それに対して、本実施形態においては、予備電源部34のようなコンバータ制御部42に外部と通信可能な端子を持った通信部48を設ける。これによって複数あるコンバータ部に異常が発生した際に、外部管理端末通信信号56を用いて外部管理端末49などへ「異常」状態発生を通知することができる。各コンバータ部から収集した電圧値データをコンバータ制御部42にて閾値と比較して、各コンバータ部のステータス状態が正常か異常かを判定し、異常の場合は通知する。コンバータ部35に異常が発生した場合は、第１から第５の実施形態と同様に予備電源に切り替える。

【0075】

特許文献１においては、電源制御回路で検出した「異常」状態発生を同一システム基板内にある他の回路に対して通知している。そのため、同一システム基板内に電源アラーム受信回路（制御回路、記憶装置等）がある場合に、その受信回路自体に対して供給する電源を生成するコンバータ回路に出力異常が発生した際に、異常発生時から予備電源に切り替わるまでの期間に、その異常状態によっては電源アラーム受信回路動作が保証できないことも考えられ、場合によっては誤検出といった機能品質劣化を招く恐れがある。

【0076】

これに対して本実施形態では、システム基板外部にある外部管理端末49に対して「異常」状態発生の通知を行うことで、システム基板全体の状態（出力電圧状態及び予備回路の使用状況等）を正確に把握することができるメリットがある。

【0077】

また、通信部48を具備することで、異常の有無に関わらず外部管理端末49からの設定変更要求があれば、任意で予備電源部34の出力電圧及び各負荷回路部への接続先を切り替えることが可能となる。近年ではプラガブルモジュールのように共通インターフェースのまま負荷電圧が異なることある。負荷回路部の変更により指定電圧が当初の想定と異なり既存のコンバータ部では満足できないことがわかった場合には、コンバータ部が正常であっても、予備電源部34に新たな電圧設定を行うようにコンバータ制御部42に対して外部管理端末49からの通信により設定を行う。
（第６の実施形態）
本実施形態は第５の実施形態と同じ構成で、切替運転制御の最後にコンバータ部20に対する出力制御信号50-1にロウレベル(0.00V)を出力せずにコンバータ部20の出力オン制御を維持することで、予備電源部34と並列運転制御を行うものである。

【0078】

本来の電源設計において、例えばコンバータ部22の電源容量を決定する際には、接続される負荷回路部25の最大電力容量を供給する能力を考慮する必要があるが、近年ではプラガブルモジュールのように共通インターフェースのまま負荷容量が増えることある。負荷回路部の変更により電流容量が当初の想定を超えて単一のコンバータ部だけでは電源供給が満足できないことがわかった場合には、負荷分散を目的として予備電源部34に並列運転を行うようにコンバータ制御部42に対して外部管理端末49からの通信により設定を行う。

【0079】

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
一次側電源と負荷または出力先の間に複数の二次側電源を接続し、
前記二次側電源の出力のうち少なくとも一つの出力に複数の三次側電源を接続し、
前記複数の二次側電源及び三次側電源に対して少なくとも一つの予備電源を備え、前記二次側電源及び前記三次側電源の電源出力を監視するモニタ部を備え、
前記電源出力を監視し、前記電源出力が所定の範囲を外れた場合、前記二次側電源または前記三次側電源を前記予備電源に切り替えることを特徴とする電源装置。
（付記２）
複数のｎ次電源（ｎは３以上）の出力のうち少なくとも一つに複数のｎ＋１次側電源を接続することを必要段数であるｋ次（ｋは４以上）まで行い、
前記二次側からｋ次側までの電源に対して少なくとも一つの予備電源を備え、前記二次側からｋ次側までの電源出力を監視するモニタ部を備え、
前記電源出力を監視し、前記電源出力が所定の範囲を外れた場合、前記二次側から前記ｋ次側までの電源のうち少なくとも一つを前記予備電源に切り替えることを特徴とする付記１に記載の電源装置。
（付記３）
ｉ次側電源（ｉ≧３）の出力電圧が異常な場合、前段のｉ−１次側電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、前記ｉ−１次側電源の出力電圧が正常であれば前記ｉ次側電源を前記予備電源に切り替え、異常であれば前々段のｉ−２次側電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、前記ｉ−２次側電源の出力電圧が正常であればｉ−１次側電源を前記予備電源に切り替え、異常であればさらに前段のｉ−３次側電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、
以後出力電圧が正常である低次側電源まで（最低次で二次側電源まで）遡って前記出力電圧の確認と予備電源への切り替えを行う請求項１または２に記載の電源装置。
（付記４）
予備電源に切り替えた最も低次側の電源より高次の電源の出力電圧を前記モニタ部で確認し、異常であれば前記予備電源に切り替える付記１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記５）
予備電源に切り替えた最も低次側の電源以降の電源も全て予備電源に切り替える付記１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記６）
前記二次側からｋ次側までの電源はコンバータである付記１から５のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記７）
前記予備電源は、前記一次側電源と入力が共通に接続されてその出力が出力選択部に接続される電圧制御部と、
電圧制御部の出力に接続され前記電圧値制御部の出力電圧の情報を出力する出力検出部と、
複数ある出力が負荷回路部、前記二次側電源から前記ｋ次側までの電源とそれぞれ接続されて入出力接続を設定する出力選択部と、
所定の出力電圧範囲情報及び電圧制御部出力電圧設定情報を格納できる記憶部と、
監視している前記電源出力が前記記憶部に格納された出力電圧範囲から外れた場合、前記電圧制御部の出力電圧を、前記出力検出部の出力電圧の情報を用いて、前記出力電圧範囲から外れた電源と同じ電圧になるよう設定し、前記出力選択部で前記電圧制御部の出力接続先を前記出力電圧範囲から外れた電源に設定するコンバータ制御部と、
を備えた付記１から６のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記８）
複数の前記二次側からｋ次側までの電源に対して、前記予備電源を複数備えしかも前記複数の予備電源間で動作順番を設定する付記１に記載の電源装置。
（付記９）
前記モニタ部が複数回出力電圧を読み出し、前記二次側から前記ｋ次側までの電源のいずれかの出力電圧が所定の範囲から外れた状態が続いた場合に、前記予備電源へ切り替える付記１から８のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記１０）
前記予備電源へ切り替える際、前記出力検出部が前記電圧制御部からの出力を読み出し、読み出した出力が前記所定の範囲に入っていることが複数回続いた場合に、異常電圧を出力した前記二次側からｋ次側までの電源のいずれかの電源に換えて前記出力選択部から前記出力を出力する付記１から９のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記１１）
前記所定の出力電圧範囲情報を格納できる記憶装置を前記予備電源部に設ける代わりに前記モニタ部に設け、前記モニタ部は読み出した出力電圧が前記所定の範囲から外れたか否かの判定信号を出力する付記７から１０に記載の電源装置。
（付記１２）
予備電源が複数の場合、コンバータ制御部を共通化した共通制御部を設ける付記８から１１のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記１３）
前記予備電源に通信部を設け、異常の有無に係わらず、電源装置外部からの制御により前記予備電源の出力電圧の変更または前記負荷回路部との接続を変更する付記１から１２のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記１４）
前記所定の出力電圧範囲を外れた場合に、前記二次側から前記ｋ次側までの電源とのいずれかと前記予備電源を並列に運転する付記１から１３のいずれか１項に記載の電源装置。
（付記１５）
前記出力選択部にリレー回路を用いる付記１から１４のいずれか１項に記載の電源装置。

【符号の説明】

【0080】

1 電源装置
10 主電源
11 一次側電源
15、16、17 二次側電源
18、19 三次側電源
20、21、22、23、24 コンバータ部
25、26、27、28 負荷回路部
30、31、32、33、34 予備電源部
35、35-1、35-2、35-3、35-4、35-n モニタ部
40 電圧制御部
41 出力検出部
42 コンバータ制御部
43 出力選択部
44、44'、45、45' 記憶装置
47 共通制御部
48 通信部
49 外部管理端末
50、50-1、50-2、50-3、50-4、50-n 出力制御信号
51、51-1、51-2、51-3、51-4、51-n モニタ信号
55 予備電源間接続信号
56 外部管理端末通信信号
60 出力制御信号
61 電圧設定制御信号
62 出力選択制御信号
63 出力検出信号
70 コンバータ部出力電圧範囲情報
71 電圧制御部出力電圧設定情報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】