特許 6240059 電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定装置及びその方法

(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】6240059

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定装置及びその方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/00 20070101AFI20171120BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H02M1/00 A

   H02M3/28 H

   H02M3/28 K

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-235808(P2014-235808)

(22)【出願日】2014年11月20日

(65)【公開番号】特開2016-100976(P2016-100976A)

(43)【公開日】2016年5月30日

【審査請求日】2016年12月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鳥海 陽平

(72)【発明者】

【氏名】広島 芳春

(72)【発明者】

【氏名】後藤 信司

(72)【発明者】

【氏名】高谷 和宏

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２８５６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３５０４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１２６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８６４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２９０３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３７２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２９０３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６５７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／００−７／００

Ｈ０２Ｈ ７／００

Ｇ０１Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用電源から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して負荷に出力するＡＣアダプタ内部に設けられた１次平滑コンデンサの劣化状態を推定する装置であって、
前記ＡＣアダプタに流れ込む電流を検出して、電流を検出したことを示す検出信号を出力する電流検出部と、
前記検出信号を受信し、前記受信した検出信号に基づいて所定期間内に前記ＡＣアダプタに電流が流れる時間である電流導通時間を測定して、前記電流導通時間を示す電流導通時間信号を出力する電流導通時間測定部と、
前記電流導通時間と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗値と前記１次平滑コンデンサの劣化状態との関係を示す計算式又はデータベースを前記１次平滑コンデンサの種類毎に予め格納した記憶演算処理部であって、前記電流導通時間測定部から前記電流導通時間信号を受信して、前記予め格納した計算式又はデータベースに従って、前記受信した電流導通時間信号から前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を計算し、前記計算した等価直列抵抗値から前記１次平滑コンデンサの劣化状態を推定する記憶演算処理部と、
を備えたことを特徴とする装置。

【請求項2】

前記記憶演算処理部は、当該推定結果を示す推定信号を出力し、
前記装置は、前記記憶演算処理部から前記推定信号を受信し、前記受信した推定信号に基づいて前記推定結果を表示する表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記電流検出部は、クランプタイプの電流検出用変流器であり、
前記電流導通時間測定部及び前記記憶演算処理部は、マイコンに含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記装置は、前記電流導通時間の平均化処理を行う平均化回路をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。

【請求項5】

商用電源から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して負荷に出力するＡＣアダプタ内部に設けられた１次平滑コンデンサの劣化状態を推定する方法であって、
電流検出部が、前記ＡＣアダプタに流れ込む電流を検出して、電流を検出したことを示す検出信号を出力するステップと、
電流導通時間測定部が、前記検出信号に基づいて所定期間内に前記ＡＣアダプタに電流が流れる時間である電流導通時間を測定して、前記電流導通時間を示す電流導通時間信号を出力するステップと、
記憶演算処理部が、前記１次平滑コンデンサの種類毎に予め格納した前記電流導通時間と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗値と前記１次平滑コンデンサの劣化状態との関係を示す計算式又はデータベースに従って、前記電流導通時間信号から前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を計算し、前記計算した等価直列抵抗値から前記１次平滑コンデンサの劣化状態を推定するステップと、
を備えたことを特徴とする方法。

【請求項6】

前記記憶演算処理部は、前記推定するステップにおける推定結果を示す推定信号を出力するステップと、
表示部が、前記推定信号に基づいて前記推定結果を表示するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記電流検出部は、クランプタイプの電流検出用変流器であり、
前記電流導通時間測定部及び前記記憶演算処理部は、マイコンに含まれていることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。

【請求項8】

前記電流導通時間の平均化処理を行うステップをさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状況を推定する装置及びその方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチング電源の１つであるＡＣ−ＤＣコンバータ（以下、ＡＣアダプタ）の劣化状態を推定する手法として、内部に測定機能を内蔵する方法と、外部から電気特性を観測する方法とがある。内部に測定機能を内蔵する方法は、部品点数が増え装置コストが上昇するため、一般的なＡＣアダプタには用いられていない。

【0003】

外部から観測する手段としては、例えば２次出力電圧に重畳しているリップル電圧や効率を測定する方法がある。ＡＣアダプタにおいて最も劣化しやすい部品としてアルミ電解コンデンサ等の１次平滑コンデンサがあるが、１次平滑コンデンサはダイオードブリッジとスイッチングトランスとの間に設けられているため、外部から１次平滑コンデンサの静電容量やＥＳＲといった電気特性を直接確認することは通常は難しい。

【0004】

しかしながら、１次平滑コンデンサの状態を確認する１つの方法として、ＡＣアダプタの出力電圧保持時間を測定する手法がある。以下に、１次平滑コンデンサと出力電圧保持時間との関係性を説明する。

【0005】

一般的に、ＡＣアダプタは、入力交流電圧をダイオードブリッジで整流して１次平滑コンデンサに蓄積し、平滑化された１次平滑コンデンサの直流電圧をスイッチングトランスにより出力電圧に変換している。電力系統から入力される交流電圧が遮断されるとき、ＡＣアダプタの直流出力電圧はすぐに低下せず一定時間出力を保持する。これは、１次平滑コンデンサの充電電圧が放電に伴い低下していくものの、スイッチング制御回路によって定められた閾値を下回らない限り、スイッチング動作が継続され、出力が維持されるためである。

【0006】

１次平滑コンデンサの充電電圧は、１次平滑コンデンサの静電容量が小さいほど早く低下する。そのため、経年劣化等の影響で１次平滑コンデンサの静電容量が低下していた場合、出力電圧保持時間は正常品に比べて短くなる。

【0007】

以上により、ＡＣアダプタの出力電圧保持時間を測定し、予め準備しておいた変換式やデータベース情報に従って１次平滑コンデンサの静電容量を推定することが可能である。ＪＥＩＴＡのスイッチング電源試験方法（ＡＣ−ＤＣ）には出力電圧保持時間の測定方法が規定されている（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】電源部品事業委員会・技術ＷＧ、「スイッチング電源試験方法（ＡＣ−ＤＣ）」、[online]、２００７年１２月、電子情報技術産業協会、［平成２６年１１月１１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.jeita.or.jp/japanese/standard/book/RC-9131B＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、出力電圧保持時間を測定することにより１次平滑コンデンサの静電容量の変化を推定する従来の方法では、劣化初期−中期で静電容量の変化が少ない場合、出力電圧保持時間の変化も少ないため、変化を検知するためには高い分解能で測定する必要があり装置のコストがかかる。

【0010】

また、ＡＣアダプタで使用するアルミ電解コンデンサによっては、その静電容量はある期間が過ぎるまでほとんど変化せず、ある期間が経過すると急峻に静電容量が低下し、故障に至る場合がある。そのため、劣化後期において故障が発生する前に劣化を検知してコンデンサの静電容量低下によるＡＣアダプタの故障や使用中の事故を防止するためには、容量の急峻な低下を見落とさないようにするために測定頻度を上げて短時間における静電容量の低下を検知する必要があり、稼働コストがかかる。稼働コストを減らすためには測定頻度は少ないほうが望ましく、定期的な測定結果からＡＣアダプタの残使用可能期間を推定できることが望ましい。

【0011】

さらに、従来方法のように出力電圧保持時間を測定するためには、入力電力を生成する安定化電源とオシロスコープが必要であり、装置のコストもかかる。

【0012】

本発明は、低コストの装置を用いて、ＡＣアダプタの出力電圧を測定することなくＡＣアダプタの１次平滑コンデンサの劣化状態を低稼働・低コストで推定する装置及びその方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の装置は、商用電源から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して負荷に出力するＡＣアダプタ内部に設けられた１次平滑コンデンサの劣化状態を推定する装置であって、前記ＡＣアダプタに流れ込む電流を検出して、電流を検出したことを示す検出信号を出力する電流検出部と、前記検出信号を受信し、前記受信した検出信号に基づいて所定期間内に前記ＡＣアダプタに電流が流れる時間である電流導通時間を測定して、前記電流導通時間を示す電流導通時間信号を出力する電流導通時間測定部と、前記電流導通時間と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗値と前記１次平滑コンデンサの劣化状態との関係を示す計算式又はデータベースを前記１次平滑コンデンサの種類毎に予め格納した記憶演算処理部であって、前記電流導通時間測定部から前記電流導通時間信号を受信して、前記予め格納した計算式又はデータベースに従って、前記受信した電流導通時間信号から前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を計算し、前記計算した等価直列抵抗値から前記１次平滑コンデンサの劣化状態を推定する記憶演算処理部と、を備えたことを特徴とする。

【0014】

請求項２に記載の装置は、請求項１に記載の装置であって、前記記憶演算処理部は、当該推定結果を示す推定信号を出力し、前記装置は、前記記憶演算処理部から前記推定信号を受信し、前記受信した推定信号に基づいて前記推定結果を表示する表示部をさらに備えたことを特徴とする。

【0015】

請求項３に記載の装置は、請求項１又は２に記載の装置であって、前記電流検出部は、クランプタイプの電流検出用変流器であり、前記電流導通時間測定部及び前記記憶演算処理部は、マイコンに含まれていることを特徴とする。

【0016】

請求項４に記載の装置は、請求項３に記載の装置であって、前記装置は、前記電流導通時間の平均化処理を行う平均化回路をさらに含むことを特徴とする。

【0017】

請求項５に記載の方法は、商用電源から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して負荷に出力するＡＣアダプタ内部に設けられた１次平滑コンデンサの劣化状態を推定する方法であって、電流検出部が、前記ＡＣアダプタに流れ込む電流を検出して、電流を検出したことを示す検出信号を出力するステップと、電流導通時間測定部が、前記検出信号に基づいて所定期間内に前記ＡＣアダプタに電流が流れる時間である電流導通時間を測定して、前記電流導通時間を示す電流導通時間信号を出力するステップと、記憶演算処理部が、前記１次平滑コンデンサの種類毎に予め格納した前記電流導通時間と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗値と前記１次平滑コンデンサの劣化状態との関係を示す計算式又はデータベースに従って、前記電流導通時間信号から前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を計算し、前記計算した等価直列抵抗値から前記１次平滑コンデンサの劣化状態を推定するステップと、を備えたことを特徴とする。

【0018】

請求項６に記載の方法は、請求項５に記載の方法であって、前記記憶演算処理部は、前記推定するステップにおける推定結果を示す推定信号を出力するステップと、表示部が、前記推定信号に基づいて前記推定結果を表示するステップをさらに備えたことを特徴とする。

【0019】

請求項７に記載の方法は、請求項５又は６に記載の方法であって、前記電流検出部は、クランプタイプの電流検出用変流器であり、前記電流導通時間測定部及び前記記憶演算処理部は、マイコンに含まれていることを特徴とする。

【0020】

請求項８に記載の方法は、請求項７に記載の方法であって、前記電流導通時間の平均化処理を行うステップをさらに備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明によると、従来よりも高精度、低コスト及び低消費電力で、ＡＣアダプタの１次平滑コンデンサの特性を測定して劣化状態を推定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施例１に係る電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定装置の構成を示す図である。

【図2】電流導通時間を説明するための図である。

【図3】本発明の実施例２に係る電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定装置の構成を示す図である。

【図4】本発明の実施例３に係る電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定装置の構成を示す図である。

【図5】実施例３に係る電流導通時間の平均化回路の構成を示す図である。

【図6】ＡＣアダプタ電流と、電流Ｉ_ｃと、図５に示すｂ点電位と、マイコン４０３の入力ポート状態の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

（実施例１）
図１に、本発明の実施例１に係る電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定装置の構成を示す。図１には、本発明の実施例１に係る推定装置１００と、ＡＣ電圧を供給する商用電源１と、商用電源１から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して出力するＡＣアダプタ２と、ＡＣアダプタ２内部に設けられた１次平滑化コンデンサ３と、ＡＣアダプタ２からＤＣ電圧が供給される負荷４とが示されている。図１に示されるように、推定装置１００は、電流検出部１０１と、電流導通時間測定部１０２と、記憶演算処理部１０３と、表示部１０４とを備える。本発明では、商用電源１と負荷４との間に設けられたＡＣアダプタ２に入力される電流の導通時間を測定することにより、ＡＣアダプタ２の劣化状況を判断することができる。

【0024】

電流検出部１０１は、商用電源１（例えばＡＣ５０Ｈｚ、１００Ｖ）とＡＣアダプタ２との間に挿入され、商用電源１からＡＣアダプタ２に流れ込む電流を検出し、電流を検出したことを示す検出信号を出力する。ここで、電流検出部１０１から出力される検出信号は、例えば検出した電流に応じた電圧値を有する信号とすることができるが、電流を検出したことを示せればよく、その値の大小については特に制限されない。

【0025】

電流導通時間測定部１０２は、電流検出部１０１から出力された検出信号を受信し、検出信号に基づいて電流導通時間を計測して、電流導通時間を示す電流導通時間信号を出力する。図２を用いて電流導通時間を説明する。図２に示すように、商用電源１から出力される商用電源電圧波形は正弦波状であるが、ＡＣアダプタ２内部の１次平滑コンデンサ３の充電状態に応じてＡＣアダプタ２に流れ込む商用電源電流波形はパルス状の脈流となる。ここでいう電流導通時間は、所定期間内に、例えば商用電源１から供給される商用電源電圧周波数５０Ｈｚの１周期中に、ＡＣアダプタ２に電流が流れ始めてから流れ終わるまでの時間である。ここで、「流れ始め」、「流れ終わり」を決定する電流値については、本発明に係る装置の設計時に決定すればよいため、本発明の中では特にその値については定義・限定しない。

【0026】

記憶演算処理部１０３は、電流導通時間測定部１０２から出力された電流導通時間信号を受信し、予め格納された変換式又はデータベースの情報に従って、受信した電流導通時間信号からＡＣアダプタ２の１次平滑コンデンサ３の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を計算し、ＥＳＲに基づいて１次平滑コンデンサ３の劣化状態を推定する。

【0027】

ここで、一般に、電流導通時間に対するＥＳＲやＥＳＲに対する１次平滑コンデンサの劣化状態は、ＡＣアダプタの１次平滑コンデンサの種類毎に異なる。そのため、記憶演算処理部１０３は、電流導通時間から１次平滑コンデンサ３のＥＳＲ及び劣化状態を導くために、１次平滑コンデンサ３の種類毎に予め実験又は回路シミュレーションを行うことにより電流導通時間とＥＳＲと１次平滑コンデンサの劣化状態との関係を求めておくことで、電流導通時間とＥＳＲと劣化状態との関係を示す計算式又はデータベースを１次平滑コンデンサ３の種類毎に予め格納している。

【0028】

記憶演算処理部１０３は、例えば、ＥＳＲが所定の閾値よりも大きい場合にその１次平滑コンデンサ３が使用不可能であることを推定し、ＥＳＲが所定の閾値よりも小さい場合にその１次平滑コンデンサ３が使用可能であることを推定したり、又はＥＳＲの値に応じて１次平滑コンデンサ３の使用可能時間（例えば使用可能年数等）を推定することができる。記憶演算処理部１０３は、これらの推定結果を含む推定信号を出力する。

【0029】

表示部１０４は、例えばＬＣＤディスプレイや液晶ディスプレイとすることができ、記憶演算処理部１０３から出力された推定信号に従って、１次平滑コンデンサ３の劣化状態に関する情報を表示する。表示部１０４では、例えば１次平滑コンデンサ３の使用の可否や使用可能時間を表示することができる。

【0030】

本発明における基本原理を説明する。一般的に、コンデンサのＥＳＲは、使用開始後から使用経過に伴って上昇し、静電容量よりもその変化は大きい。ＡＣアダプタ２において１次平滑コンデンサ３は、商用電源１から供給される交流電圧を平滑化して、定電圧をスイッチング回路へ供給する役割がある。商用電源１の電圧が１次平滑コンデンサ３の電圧よりも高ければ、電流が商用電源１から１次平滑コンデンサ３とスイッチング回路へ供給される。商用電源１の電圧が１次平滑コンデンサ３の電圧よりも低ければ、商用電源１から電流は流れず１次平滑コンデンサ３からスイッチング回路に電流が供給される。

【0031】

１次平滑コンデンサ３のＥＳＲが上昇すると、１次平滑コンデンサ３に電流が出入りする際に電圧降下が大きくなり、１次平滑コンデンサ３からのみスイッチング回路に電流が供給されている時に１次平滑コンデンサ３の端子電圧が低下する。そのため、商用電源電圧が１次平滑コンデンサ３の端子電圧を超えるタイミングがより早く来ることになり、またその後商用電源電圧が１次平滑コンデンサ３の端子電圧を下回るタイミングがより遅く来ることになることから、電流導通時間が長くなる。その結果、劣化初期−中期で静電容量の変化が少ない場合においても、出力電圧保持時間を測定する従来方法のように高い分解能を有する推定装置を使用する必要がなく、低コストの推定装置を用いることが可能となる。

【0032】

本発明において、電流検出部１０１としては、検出信号の出力電圧が大きいことだけが求められ、検出精度が全く求められないため、ローコスト（低グレード）のものでもよい。従来手法により出力電圧保持時間を測定する場合の測定器としては一般的に交流安定化電源とオシロスコープが必要であるため、それに比較すれば本発明は全体として安価な構成となる。

【0033】

また、上述したように、一般にＡＣアダプタ内部において１次平滑コンデンサはダイオードブリッジとスイッチングトランスとの間に設けられており、従来技術では１次平滑コンデンサのＥＳＲを直接測定することはできなかった。それに対し、本発明では、商用電源１とＡＣアダプタ２との間に電流検出部１０１を設けてＥＳＲに対して相関関係がある電流導通時間を測定し演算することによりＥＳＲを算出することが可能となり、それによりコンデンサの劣化状態を推定できるようになる。

【0034】

（実施例２）
図３を用いて、本発明を実施するにあたり、より低コスト・低消費電力である実施例２に係る電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定方法を説明する。図３には、本発明の実施例２に係る推定装置３００と、ＡＣ電圧を供給する商用電源１と、商用電源１から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して出力するＡＣアダプタ２と、ＡＣアダプタ２の１次平滑化コンデンサ３と、ＡＣアダプタ２からＤＣ電圧が供給される負荷４とが示されている。図３に示されるように、本実施例に係る推定装置３００は、電流検出用変流器３０１と、マイコン３０２と、液晶ディスプレイ３０３とを備える。

【0035】

本実施例では、電流検出用変流器３０１はクランプタイプのものであり、商用電源１（ＡＣ５０Ｈｚ、１００Ｖ）とＡＣアダプタ２との間の配線の一方に非接触で取り付け、電流検出用変流器３０１によりＡＣアダプタ２に流れ込む電流の交流成分を検出して、出力電圧として検出信号を出力する。

【0036】

電流検出用変流器３０１の出力はマイコン３０２のデジタル入力ポートに接続されており、電流検出用変流器３０１から出力された検出信号はマイコン３０２のデジタル入力ポートに入力される。マイコン３０２のデジタル入力ポートの状態は、ＡＣアダプタ２に電流が流れるとＬｏｗからＨｉｇｈに切り替わり、電流が流れ終わるとＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わる。ここで、電流検出用変流器３０１の検出信号における出力電圧がマイコン３０２の電源電圧に満たない場合は電流検出用変流器３０１の出力をアンプで増幅させ、マイコン３０２のデジタル入力ポートに接続する構成としても良い。

【0037】

マイコン３０２は、マイコン３０２のデジタル入力ポートの状態を監視し、ＬｏｗからＨｉｇｈに切り替わった時点から経過時間のカウントを始め、ＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わった時点でカウントを停止する。本実施例では、カウント開始から終了までの経過時間を電流通電時間とする。電流導通時間を用いたコンデンサの等価直列抵抗と劣化状態の推定は、マイコン３０２の内部で保存された計算式又はデータベースに照合をかけることによって行う。

【0038】

本実施例では、表示部としては液晶ディスプレイ３０３を用いたが、コストを削減するためディスプレイレスとし、外部機器（パソコン等）との通信手段を搭載し、外部機器で測定結果を確認する形態としても良い。

【0039】

本実施例においては、クランプタイプの電流検出用変流器を用いることで低コスト化を図ることができるが、さらに、実施例１と同様に検出精度が全く求められないため、クランプタイプの電流検出用変流器の中でもローコスト（低グレード）のものを使用することができ、更なる低コスト化を図ることができる。また、マイコンのクロックとしては、１００ｋＨｚ程度で十分なサンプリングが可能であり、また必要な機能は入出力ポートとメモリのみであるため、ローコスト（低グレード）のマイコンを用いることができる。

【0040】

クランプタイプの電流検出用変流器３０１とＡＣアダプタ２との接続は、クランプタイプの電流検出用変流器３０１のカレントプローブを非接触で配線に設けるだけでよいので、操作性がよく感電の心配もない。接続される負荷４にもよるが、抵抗値が変動しない負荷であればＡＣアダプタ２を停止させずに運用中に測定することも可能である。

【0041】

以上から、本実施例に係る測定手法を用いることにより、実施例１よりもさらにローコストで１次平滑コンデンサの劣化状態を測定することが可能となる。

【0042】

（実施例３）
次に、本発明の実施例３に係る電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定方法を説明する。長期にわたる測定を行うために、測定システムを接続したままにして間欠動作させ、定期的に電流導通時間を測定し、１次平滑コンデンサの劣化を検査することも可能である。しかし、このような運用を行うには、測定システムが低コスト・低消費電力であることが求められる。そこで、本実施例では、測定システムに平均化処理機能を追加することで、マイコンのクロックを下げ、低コスト化と低消費電力化を図ることができる。

【0043】

図４は、本発明の実施例３に係る電源装置内部の１次平滑コンデンサの劣化状態の推定装置の構成を示す。図４には、本発明の実施例３に係る推定装置４００と、ＡＣ電圧を供給する商用電源１と、商用電源１から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して出力するＡＣアダプタ２と、ＡＣアダプタ２の１次平滑化コンデンサ３と、ＡＣアダプタ２からＤＣ電圧が供給される負荷４とが示されている。図４に示すように、本実施例に係る推定装置４００は、電流検出部４０１と、電流導通時間の平均化回路４０２と、マイコン４０３と、表示部４０５とを備える。

【0044】

図５は、実施例３に係る電流導通時間の平均化回路の構成を示す。図５に示すように、本実施例に係る平均化回路４０２は、コンデンサＣ_１と、トランジスタＴｒ_１と、抵抗Ｒ_ｂと、定電流ダイオードＣＲＤ_１とを含む。平均化回路４０２では、電流検出部４０１をａ点とＧＮＤ間に接続し、マイコン４０３の入出力ポートをｂ点に接続する。コンデンサＣ_１は、定電流ダイオードＣＲＤ_１とｂ点との接続点と、Ｖ_ｃｃとの間に接続されている。抵抗Ｒ_ｂは、ａ点とトランジスタＴｒ_１のベース端子との間に接続されている。トランジスタＴｒ_１は、定電流ダイオードＣＲＤ_１とＧＮＤとの間に接続されている。Ｖ_ｃｃはマイコン４０３の電源電圧に接続され、ＧＮＤはマイコン４０３のグランド端子に接続されている。

【0045】

平均化回路４０２の動作について説明する。ＡＣアダプタ２に電流が流れると、電流検出部４０１に電圧が発生する。a点に発生した電圧が正であれば、トランジスタＴｒ_１のベース−エミッタ間には、抵抗Ｒ_ｂを介して電流Ｉ_ｂが流れ、トランジスタＴｒ_１のコレクタ−エミッタ間のインピーダンスが低下し、定電流ダイオードＣＲＤ_１の特性によって決定される電流Ｉ_ｃが流れる。電流Ｉ_ｃが流れることによりコンデンサＣ_１には電荷が蓄積され、コンデンサＣ_１の両端に電圧が発生する。電流Ｉ_ｃは定電流ダイオードＣＲＤ_１の特性によって決まる定電流値であるため、コンデンサＣ_１の電圧は、電流Ｉ_ｃが流れた時間、すなわち電流導通時間に比例する。そのため、コンデンサＣ_１の電圧を求めることにより、電流導通時間を求めることが可能となる。

【0046】

図６を参照しながら、平均化回路４０２において電流導通時間を平均化する処理について説明する。図６は、ＡＣアダプタ電流と、電流Ｉ_ｃと、図５に示すｂ点電位と、マイコン４０３の入力ポート状態の関係を示す。まずマイコン４０３の入出力ポートをＨｉｇｈ出力にする。これによりコンデンサＣ_１の両端の電位差があった場合、マイコン４０３の入出力ポートに電流が流れ、コンデンサＣ_１の両端の電位差は０となる。その後マイコン４０３の入出力ポートを入力に切り替える。これにより、インピーダンスが大きくなり電流はほぼ流れなくなるため、コンデンサＣ_１の両端の電圧は０でフローティング状態となる。マイコン４０３は、入力に切り替えた瞬間から経過時間をカウントしつつ入出力ポートの状態を監視する。図６に示すように、カウント開始時点ではコンデンサＣ_１の両端の電位差は０であり入出力ポートの状態はＨｉｇｈであるが、ＡＣアダプタ２に電流が流れ、電流検出部４０１に電圧が発生すると、上述したようにコンデンサＣ_１に電流Ｉ_ｃが流れるため、コンデンサＣ_１に電荷が蓄積され始める。それに伴いコンデンサＣ_１の両端には電位差が発生し、すなわちマイコン入出力ポートの電位は下がり始める。入出力ポートの電位がマイコン４０３のＬｏｗ判定の閾値電圧Ｖ_ｌｏｗを下回り、入力ポートの状態がＬｏｗになった時点で経過時間カウントを停止する。

【0047】

カウント開始から停止までの時間をＴ_１とし、商用電源電圧の周期を１ｃｙｃｌｅとすると、１ｃｙｃｌｅあたりの平均化電流導通時間Ｔは、以下の計算手法で導き出すことができる。

【0048】

まず、平均化電流導通時間Ｔの間にコンデンサＣ_１に電流Ｉ_ｃが流れることによって発生する電位差Ｖ_ｔは、コンデンサＣ_１の容量をＣ_ｃ１として、以下の（式１）のように表される。
Ｖ_ｔ＝（Ｉ_ｃ・Ｔ）／Ｃ_ｃ１ （式１）

【0049】

ここで、マイコン４０３の入出力ポートの状態をＨｉｇｈからＬｏｗに切り替えるためにはＶ_ｃｃ−Ｖ_ｌｏｗの電位差を発生させなければならない。１ｃｙｃｌｅに１回コンデンサＣ_１に電流Ｉ_ｃが流れるため、マイコン４０３の入出力ポートをＨｉｇｈからＬｏｗに切り替えるために必要なｃｙｃｌｅ数Ｎは、以下の（式２）で表される。
Ｎ＝（Ｖ_ｃｃ−Ｖ_ｌｏｗ）／Ｖ_ｔ （式２）

【0050】

カウント開始から停止までの時間、すなわちマイコン４０３の入出力ポートの状態がＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わるまでに経過した時間をＴ_１とし、商用電源周波数をｆとし、Ｔ_１をｃｙｃｌｅ数に変換すると、以下の（式３）で表される。
Ｎ＝ｆ・Ｔ_１ （式３）

【0051】

上記（式１）〜（式３）よりＮ、Ｖ_ｔを消去すると、平均化電流導通時間Ｔについて、以下の（式４）が得られる。
Ｔ＝Ｃ_ｃ１・（Ｖ_ｃｃ−Ｖ_ｌｏｗ）／（ｆ・Ｔ_１・Ｉ_ｃ） （式４）

【0052】

例えば、Ｖ_ｃｃ＝５Ｖ、Ｖ_ｌｏｗ＝１Ｖ、Ｃ_ｃ１＝１００μＦ、Ｉ_ｃ＝１ｍＡと設計し、Ｔ_１の測定値が５０ｍｓｅｃだった場合、（式４）から平均化電流導通時間Ｔは４ｍｓｅｃと計算できる。

【0053】

本手法を用いることにより、サンプリング周波数を抑えてマイコンのクロックを抑えることができ、低コスト、低消費電力化を図ることができる。例えば、４ｍｓｅｃの電流導通時間を精度１％で測定するためには最低でも２５ｋＨｚのサンプリングが必要であるが、５０ｍｓｅｃの時間を精度１％で測定するためには最低２ｋＨｚのサンプリングでよいからである。また、２５ｋＨｚのサンプリングで５０ｍｓｅｃの時間を測定する際の精度は０．０８％であり、測定精度を向上させるという見方をすることもできる。

【0054】

なお、コンデンサＣ_１の容量Ｃ_ｃ１を増やし、定電流ダイオードＣＲＤ_１の定格電流Ｉ_ｃを小さくすることにより長時間における電流導通時間の平均化をすることができ、効果を高めることができる。

【符号の説明】

【0055】

商用電源 １
ＡＣアダプタ ２
１次平滑化コンデンサ ３
負荷 ４
推定装置 １００、３００
電流検出部 １０１、４０１
電流導通時間測定部 １０２
記憶演算処理部 １０３
表示部 １０４、４０５
電流検出用変流器 ３０１
マイコン ３０２、４０３
液晶ディスプレイ ３０３
平均化回路 ４０２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】