パワーブログのホームページ

出力パワー増大のために電源を並列または直列に接続する

2020年6月16日、Bruce Rose著 - 7分の閲読

出力パワー増大のために電源を並列または直列に接続する

一部のアプリケーションでは、一台の電源では、負荷によって必要とされる電力を提供するのに十分ではないことがあります。電源を複数台使用することの理由として、信頼性の向上や出力の増加を図るために過剰な操作をおこなっていることが挙げられます。複合電源を供給する際には、すべての電源がバランスよく供給されるように注意が必要です。

冗長性を考慮して接続された電源

冗長化電源とは、システムの信頼性を高めるために複数の電源の出力を接続しているが、電力出力を増やさない配置のことです。冗長構成は通常、一次電源のみから出力電流を引き出し、一次電源のいずれかに障害が発生した場合にはバックアップ電源から電流を引き出すように設計されています。負荷電流が使われると電源の構成要素にストレスがかかることから、一次電源のいずれかに問題が発生するまで冗長電源から電流を流さないようにすることで、システムは高い信頼性を実現することができます。

冗長電源の図
  • 電源AおよびBは類似した電源で、Voutと最大Ioutは同じ
  • 負荷電圧は供給電圧に等しい
  • 最大負荷電流は、1つの電源の最大出力電流と同じ
  • 電子スイッチは、電源出力の1つを負荷に接続

出力を並列に接続した電源

出力電力を増加させるために採用される一般的な配置は、二台以上の電源の出力を並列に接続することです。この構成では、各電源が必要な負荷電圧を供給する一方で、電源を並列に接続することで利用可能な負荷電流が増加し、結果として利用可能な負荷電力が増加します。

この配置を正常に実装することは可能ですが、この構成の効率性を確保するためには多くの考慮事項があります。並列構成の場合、内部回路を有する電源は、電流の分担効率が向上するため、内部回路を有する電源が好ましとされています。電流共有アプリケーションで使用される電源が内部共有回路を持たない場合は、効率が低い可能性がある外部の方法を使用する必要があります。

最も懸念されることは、負荷電流をいかに均等に電源間で分担するかということです。負荷電流の分布は、電源の設計と外部回路の設計、電源の出力を並列に接続するために使用する導体の設計の両方に依存しています。電源を並列に接続する際には、電源を効率的に構成するという課題に対処するために全く同じ電源を使用することがほとんどです。ただし、出力電圧と最大出力電流を一致させて並列に電源を構成することはできます。

電源の並列接続に関する詳細な説明は、当社の技術論文、複数電源で電流を共有するをご覧ください。

並列に繋いだ電源の図
  • 電源AとBは同じVoutを持つ必要があり、Ioutの最大値は異なる可能性がある
  • 負荷電圧は供給電圧に等しい
  • 最大負荷電流は、両電源の最大出力電流の和に等しい
  • 現在のモニター回路は、電源間の負荷のバランスを取っています。

出力を直列に接続した電源

より多くの電力を負荷に提供するためのもう一つのオプションは、複数の電源からの出力を並列ではなく直列に繋ぐことです。直列配列を導入することのメリットには、電源間の電力供給をほぼ完璧に利用し、回路構成や共有回路を必要とせず、多種多様なアプリケーション設計に対応できることがあります。前述したように、電源の出力を並列に接続する場合、各電源は必要な電圧を供給し、負荷電流は各電源間で共有されます。これに対し、電源の出力を直列に接続した場合、各電源は必要な負荷電流を供給し、負荷に供給される出力電圧は直列に繋いだ電源を組み合わせたものとなります。

複数の電源が出力を直列に繋いで構成されている場合、その電源は類似した出力特性を持つ必要はありません。この負荷電流は、構成内のいずれかの電源の最低負荷電流能力に制限され、負荷電圧は、一連の全電源の出力電圧の合計となります。

複数の電源を直列の出力構成で使用する場合、使用する電源にはいくつかの制限が生じます。その一つは、電源の出力は、直列構成による電圧のオフセットを許容するように設計されていなければならないことです。このオフセット電圧は通常は問題にはなりませんが、接地リファレンスされている電源の出力電圧を他の電源の出力に重ねることはできません。二番目の制限となるのは、一連の構成内で他の出力がアクティブな場合に、1つの出力だけが非アクティブになると、電源の出力が逆電圧を受ける可能性があることです。逆電圧に関する問題は、各電源の出力に逆バイアスされたダイオードを配置することで簡単に解決できます。ダイオードの耐圧定格は個々の電源出力電圧よりも大きく、ダイオード電流定格は直列電源の最高出力電流定格よりも大きくする必要があります。

直列に接続された電源の図
  • 電源AとBは異なるVoutとIoutの最大値を持つことができます。
  • この負荷電圧は、電源出力電圧の和に等しくなります。
  • 最大負荷電流は、どちらかの電源の最大出力電流の低い方になります。
  • 逆バイアスダイオードは、電源の出力を保護します。

概要

並列に接続された電源:

  • 電源間の電流分配制御の許容範囲が狭く、電力利用率が悪い
  • 電源間の電流分配を制御するために特別な回路が必要
  • 並列接続された電源に繋ぐ導体の設計や構成に対して敏感
  • 類似した電源同士で最も簡単に設計が可能

直列に接続された電源:

  • 各電源の出力電圧精度のみで効率的な電力利用が可能
  • 電源間の電圧や電流の分配を制御するための回路が不要
  • 直列になった電源に接続する導体の設計や構造の影響を受けない
  • あらゆる電源の組み合わせで簡単に設計

電源から供給される負荷電力を増加させるために採用される一般的な方法は、出力を並列に接続することですが、もう一つのソリューションとして、複数の電源の出力を直列に接続することができます。CUIをはじめとする電源供給メーカーには、これらおよびその他の電源アプリケーションの課題に対して、許容可能なソリューションの構成を支援する技術スタッフがいます。

カテゴリ: 基礎製品の選択

その他のリソース


この記事またはトピックに関するコメントを今後当社が取り上げるべきだと思いますか?
powerblog@cui.comにメールでご連絡ください。

Bruce Rose

Bruce Rose

主席アプリケーションエンジニア

Bruce Rose は、エレクトロニクス業界で長年にわたり、設計、販売、マーケティングを担当し、アナログ回路と電力供給に重点を置いてきました。国際的なワークショップを開催し議長を務め、40以上の技術会議で論文の出版や発表をするなどの職務経験に加え、7件の特許を取得しています。Bruce は自分の仕事はもちろん、家族でハイキング、サイクリング、カヌーを楽しみ、また本格的な模型飛行機にも情熱を注いでいます。

 
Powered by Translations.com GlobalLink OneLink SoftwarePowered By OneLink