(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサを備えるスイッチング電源装置において、
前記コンデンサの寿命を検知する寿命検知手段と、
前記寿命検知手段の検知出力に基づいて、コンデンサの寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くする周波数制御手段と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記寿命検知手段は、前記コンデンサの出力リプルを検出するリプル検出手段と、このリプル検出手段の検出出力と基準値とを比較する比較手段とを備える請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記寿命検知手段は、前記コンデンサの温度を検出する温度検出手段および前記コンデンサの出力電流を検出する電流検出手段の少なくとも一方と、前記リプル検出手段の検出出力を、前記温度検出手段の検出出力および電流検出手段の検出出力の少なくとも一方の検出出力に基づいて補正する補正手段とを備え、
前記比較手段は、前記補正手段で補正されたリプル検出手段の検出出力と前記基準値とを比較する請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
交流入力を整流平滑する入力整流平滑回路と、この入力整流平滑回路の出力端間に接続されたスイッチング素子およびトランスの一次巻線からなる直列回路と、前記トランスの二次巻線に接続された出力整流平滑回路と、この出力整流平滑回路の出力に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、
前記入力平滑回路および前記出力整流平滑回路は、それぞれコンデンサを有し、
前記寿命検知手段は、前記両コンデンサのいずれか一方のコンデンサの寿命を検知するものである請求項１ないし３のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記寿命検知手段の検知出力に基づいて、コンデンサの寿命が検知されたときに、それを報知する報知手段を備える請求項１ないし４のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置に関し、さらに詳しくは、スイッチング電源装置の寿命時における保護に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スイッチング電源の寿命の診断としては、例えば、スイッチング電源に使用される回路部品の中で、寿命が一番短い電解コンデンサの寿命を診断することにより行うものがある。
【０００３】
例えば、特開平８−１９２４７号公報では、図７に示されるように、スイッチング電源の出力を、ハイパスフィルタ３０を通して、電解コンデンサの経年変化に伴って増大するリプルノイズ成分のみを抽出し、さらに、リプルノイズ成分を、アンプ３１で増幅して検出器３３で基準電圧発生器３２の基準電圧と比較して寿命を判定し、寿命であるときには、警報発生器３４で警報を発するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来例では、電解コンデンサの寿命を検知するのみであり、したがって、寿命が検知されて警報が発せられた後に、早期にスイッチング電源の交換が行われれば問題はないけれども、寿命間近の電解コンデンサは、その劣化速度が加速されるために、交換時期が遅れると、電解コンデンサの破裂、破損が発生して出力が得られず、システムがダウンしたり、リプル電流の増大によって負荷がその影響を受けて誤動作する虞れがある。
【０００５】
一方、早めに寿命と判定して警報を発して交換することも考えられるが、それでは、寿命に至っていないスイッチング電源を交換することになってコストアップとなる。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、寿命が検知されたコンデンサの破裂、破損までの時間を延長するとともに、負荷への影響を低減して交換時期に余裕を持たせることができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００８】
すなわち、請求項１のスイッチング電源装置は、コンデンサを備えるスイッチング電源装置において、前記コンデンサの寿命を検知する寿命検知手段と、前記寿命検知手段の検知出力に基づいて、コンデンサの寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くする周波数制御手段とを備えている。
【０００９】
請求項２のスイッチング電源装置は、請求項１の発明において、前記寿命検知手段は、前記コンデンサの出力リプルを検出するリプル検出手段と、このリプル検出手段の検出出力と基準値とを比較する比較手段とを備えている。
【００１０】
請求項３のスイッチング電源装置は、請求項２の発明において、前記寿命検知手段は、コンデンサの温度を検出する温度検出手段およびコンデンサの出力電流を検出する電流検出手段の少なくとも一方と、前記リプル検出手段の検出出力を、前記温度検出手段の検出出力および電流検出手段の検出出力の少なくとも一方の検出出力に基づいて補正する補正手段とを備え、前記比較手段は、前記補正手段で補正されたリプル検出手段の検出出力と前記基準値とを比較するものである。
【００１１】
請求項４のスイッチング電源装置は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、交流入力を整流平滑する入力整流平滑回路と、この入力整流平滑回路の出力端間に接続されたスイッチング素子およびトランスの一次巻線からなる直列回路と、前記トランスの二次巻線に接続された出力整流平滑回路と、この出力整流平滑回路の出力に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、前記入力平滑回路および前記出力整流平滑回路は、それぞれコンデンサを有し、前記寿命検知手段は、前記両コンデンサのいずれか一方のコンデンサの寿命を検知するものである。
【００１２】
請求項５のスイッチング電源装置は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記寿命検知手段の検知出力に基づいて、コンデンサの寿命が検知されたときに、それを報知する報知手段を備えている。
【００１３】
（作用）
請求項１のスイッチング電源装置によれば、コンデンサの寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くするので、コンデンサのリプル電流を小さくできることになり、コンデンサの等価直列抵抗の増加によるコンデンサの内部発熱を抑制できることになり、コンデンサの破裂、破損までの時間を延長できることになる。
【００１４】
請求項２のスイッチング電源装置によれば、コンデンサの劣化に伴う等価直列抵抗の増加によって増大するリプルを検出して基準値と比較することによってコンデンサの寿命を検知できる。
【００１５】
請求項３のスイッチング電源装置によれば、コンデンサの温度およびスイッチング電源装置の出力電流の少なくとも一方によってリプル検出手段の検出出力を補正するので、使用条件に応じてより正確にコンデンサの寿命検知が可能となる。
【００１６】
請求項４のスイッチング電源装置によれば、一次（入力）側あるいは二次（出力）側のコンデンサの寿命を検知してスイッチング周波数を高くすることができ、これによって、コンデンサのリプル電流を小さくできることになり、コンデンサの破裂、破損までの時間を延長できることになる。
【００１７】
請求項５のスイッチング電源装置によれば、コンデンサの寿命が検知されたときに、それを報知する報知手段を備えているので、報知があったときに、交換の時期が到来したことを把握できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成図である。
【００２０】
この実施の形態のスイッチング電源装置は、交流電源１に、交流フィルタ２を介して接続されたダイオードブリッジからなる整流回路３と、この整流回路３の一対の出力ライン間には、平滑用コンデンサ４が接続されており、整流回路３と平滑用のコンデンサ４とによって入力整流平滑回路５が構成される。この入力整流平滑回路５の出力端間には、高周波トランス６の一次巻線６ａを介してＦＥＴからなるスイッチング素子７が接続されており、このスイッチング素子７が制御回路８の出力によってオンオフ制御される。高周波トランス６の二次巻線６ｂは、ダイオード９，１０と、リアクトル１１と、コンデンサ１２とからなる出力整流平滑回路１３を介して図示しない負荷に接続される。
【００２１】
制御回路８は、出力電圧を検出して基準電圧と比較してスイッチング素子７のオンオフを制御して交流入力が変化しても出力電圧を安定化して出力できるように制御するものである。
【００２２】
この実施の形態のスイッチング電源装置では、当該スイッチング電源装置の寿命として二次側の電解コンデンサからなるコンデンサ１２の寿命を検知する寿命検知手段１４と、この寿命検知手段１４の検知出力に基づいて、コンデンサの寿命が検知されたときに、スイッチング素子７のスイッチング周波数を高くする周波数制御手段１５と、寿命検知手段１４の検知出力に基づいて、コンデンサの寿命が検知されたときに、それを点灯して報知する報知手段としてのＬＥＤ１６とを備えている。
【００２３】
この実施の形態の寿命検知手段１４は、コンデンサ１２のリプル電圧に基づいて寿命を検知するものであって、コンデンサ１２の出力リプル電圧のピーク値（Ｖｐ−Ｖｐ）を検出するリプル電圧検出部１７と、コンデンサ１２の温度を検出する温度検出部１８と、コンデンサ１２の出力電流を検出する電流検出部１９と、リプル電圧検出部１７の検出出力を、温度検出部１８および電流検出部１９の検出出力に基づいて補正する補正部２０と、補正されたリプル電圧検出部１７の検出出力と基準値とを比較して基準値を越えたときに、コンデンサ１２の寿命であるとして検知出力を与えるとともに、その検知出力を保持（ラッチ）する比較器２１とを備えている。コンデンサ１２の温度は、例えば、コンデンサケースの温度として検出される。
【００２４】
この実施の形態では、リプル電圧を検出して基準値と比較するのではなく、検出したリプル電圧を、コンデンサ１２の温度およびコンデンサ１２の出力電流に基づいて、補正部２０で補正した後に基準値と比較するようにしており、この補正部２０では、検出されたリプル電圧を、一定の温度（例えば２０°Ｃ）および一定の出力電流（負荷）に換算補正するものであり、使用条件によるリプル電圧の変動を補正してその影響をなくすものである。この補正は、例えば、予め実験的あるいは理論的に求めた補正式や補正用のテーブルなどを利用して行われる。
【００２５】
なお、本発明の他の実施の形態として、温度または出力電流のいずれか一方のみで補正してもよいし、温度および出力電流による補正を省略してもよい。
【００２６】
ＬＥＤ１６は、コンデンサの寿命が検知されて寿命検知手段１４から検知出力が与えられると、点灯表示して寿命が到来したことを報知するものである。
【００２７】
寿命検知手段１４の検知出力に基づいて、コンデンサ１２の寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くする周波数制御手段１５は、ＲＣ発振部２２と、このＲＣ発振部２２の発振周波数を規定する第１，第２抵抗Ｒ１，Ｒ２およびコンデンサＣと、第２抵抗Ｒ２をＲＣ発振部２２に接続するか否かを切り換え選択するスイッチとしてのトランジスタＴＲとを備えており、コンデンサ１２の寿命が検知されて寿命検知手段１４からハイレベルの検知出力が与えられると、トランジスタＴＲがオンし、ＲＣ発振部２２に第２抵抗Ｒ２が介装されて抵抗値が下がり、これによって、スイッチング素子７のスイッチングのための発振周波数が高くなる。すなわち、制御回路８は、このＲＣ発振部２２からの発振周波数をスイッチング周波数としてスイッチング素子７をオンオフ制御する。なお、交流入力が変化しても出力電圧を安定化して出力できるようにＰＷＭ制御する制御回路８は、スイッチング周波数が高くなることによって、自動的にフィードッバックがかかってデューティが制御されることになる。
【００２８】
なお、制御回路８および周波数制御手段１５は、一体にＩＣ化してもよい。
【００２９】
図２は、以上の動作説明に供するフローチャートであり、先ず、コンデンサ１２のリプル電圧Ｘを検出し（ステップｎ１）、この検出したリプル電圧Ｘを、コンデンサの温度Ｔおよび出力電流Ｉを用いて補正して補正値Ｘ’を得（ステップｎ２）、寿命診断のための基準値Ｘｌｉｍｉｔを越えたか否かを判断し（ステップｎ３）、越えたときには、寿命であるとして、ＬＥＤ１６を点灯して報知（警告）するとともに（ステップｎ４）、スイッチング周波数を高くし（ステップｎ５）、ＬＥＤ１６の点灯によって寿命が到来したことを知ったユーザがスイッチング電源を交換することになる（ステップｎ５）。
【００３０】
図３ないし図５は、以上の動作説明に供する信号波形図であり、図３は、寿命が到来していない正常時、図４は、寿命が到来した寿命時、図５は、寿命の到来が検知されてスイッチング周波数が切り換えられた後の各状態を示すものであり、各図（Ａ）はリプル電圧、各図（Ｂ）は検出補正されたリプル電圧の補正値（実線）および基準値（破線）、各図（Ｃ）はＲＣ発振部２２の発振周波数、すなわち、スイッチング周波数をそれぞれ示している。
【００３１】
図３に示される寿命が到来していない正常時においては、リプル電圧Ｖｒ０の補正値は、基準値を下回っており、通常の発振周波数ｆ０でスイッチングが行われる。コンデンサの寿命が到来すると、図４に示されるようにコンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）が増加してリプル電圧Ｖｒ１の補正値が基準値を上回ることになる。そこで、図５に示されるようにＲＣ発振部２２の発振周波数をｆ０からｆ１に高くしてリプル電圧Ｖｒ２を抑制するものである。
【００３２】
以上のようにコンデンサ１２の寿命が検知されると、スイッチング周波数を高くするので、コンデンサ１２のリプル電流を小さくできることになり、これによって、コンデンサ１２の等価直列抵抗の増加による内部発熱を抑制できることになり、コンデンサの破裂、破損までの時間を延長できることになる。したがって、スイッチング電源装置の交換時期を延ばして余裕をもって交換できることになる。
【００３３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の他の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３４】
上述の実施の形態では、二次（出力）側のコンデンサ１２の寿命を検知したのに対して、この実施の形態では、一次（入力）側の平滑用のコンデンサ４の寿命を検知するようにしている。
【００３５】
すなわち、この実施の形態のスイッチング電源装置は、当該スイッチング電源装置の寿命として一次側の電解コンデンサからなる平滑用のコンデンサ４の寿命を検知する寿命検知手段１４ａと、この寿命検知手段１４ａの検知出力に基づいて、コンデンサ４の寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くする周波数制御手段１５ａと、寿命検知手段１４ａの検知出力に基づいて、コンデンサ４の寿命が検知されたときに、それを報知する報知手段としてのブザ２３とを備えている。
【００３６】
この実施の形態の寿命検知手段１４ａは、コンデンサ４の出力リプル電圧のピーク値（Ｖｐ−Ｖｐ）を検出するリプル電圧検出部１７ａと、コンデンサ４の温度を検出する温度検出部１８ａと、コンデンサ４の出力電流（一次電流）を検出する電流検出部１９ａと、リプル電圧検出部１７ａの検出出力を、温度検出部１８ａおよび電流検出部１９ａの検出出力に基づいて補正する補正部２０ａと、補正されたリプル電圧検出部１７ａの検出出力と基準値とを比較して基準値を越えたときに、コンデンサ４の寿命であるとして検知出力を与える比較器２１とを備えている。
【００３７】
寿命検知手段１４ａの検知出力に基づいて、コンデンサ４の寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くする周波数制御手段１５ａは、アナログ入力電圧の大きさに比例した周期のデジタルパルス列を出力するＶ／Ｆ変換部２４と、第２電源電圧Ｖｃｃ２をＶ／Ｆ変換部２４に接続するか否かを切り換え選択するスイッチとしてのトランジスタＴＲを備えており、コンデンサ４の寿命が検知されて寿命検知手段１４ａからハイレベルの検知出力が与えられると、トランジスタＴＲがオンし、Ｖ／Ｆ変換部２４への入力電圧が、電源電圧Ｖｃｃ１よりも高いＶｃｃ２となって高い周波数のパルスが出力される。制御回路８は、このパルスを外部クロックとして内部の発振回路の発振周波数をパルス周波数に一致させてそれをスイッチング周波数としてスイッチング素子７を制御する。
【００３８】
このように入力側の平滑用のコンデンサ４の寿命が検知されると、スイッチング周波数を高くしてコンデンサ４の内部発熱を抑制して破裂、破損までの時間を延長できることになり、スイッチング電源装置の交換時期を延ばして余裕をもって交換できることになる。
【００３９】
（その他の実施の形態）
上述の各実施の形態では、コンデンサのリプル電圧に基づいて、コンデンサの寿命を検知したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、コンデンサの温度の時間積算値を計測し、それに基づいて寿命を検知するようにしてもよい。
【００４０】
上述の各実施の形態を組み合わせてもよく、例えば、一次側および二次側のコンデンサの寿命を検知していずれかの寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高めるようにしてもよい。また、実施の形態１と実施の形態２との周波数制御手段の構成を入れ替えてもよい。
【００４１】
また、上述の各実施の形態では、スイッチング周波数を、通常の周波数から高い周波数に切り換えたけれども、本発明の他の実施の形態として、検出されるリプル電圧に応じて、さらに多段階あるいは無段階に周波数を変化させるようにしてもよい。
【００４２】
上述の各実施の形態では、リプル電圧の検出値を補正したけれども、本発明の他の実施の形態として、リプル電圧の検出値を補正するのではなく、基準値を、使用条件に適合するように補正してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、コンデンサの寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くするので、コンデンサのリプル電流を小さくできることになり、これによって、負荷への悪影響を低減できるとともに、コンデンサの内部発熱を抑制して破裂、破損までの時間を延長できることになり、スイッチング電源装置の交換時期を延ばして余裕をもって交換できることになる。
【００４４】
また、コンデンサの温度およびスイッチング電源装置の出力電流の少なくとも一方によってリプル検出手段の検出出力を補正するので、使用条件に応じてより正確にコンデンサの寿命検知が可能となる。
【００４５】
さらに、コンデンサの寿命が検知されたときに、それを報知する報知手段を備えているので、報知があったときに、交換の時期が到来したことを把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るスイッチング電源装置のブロック図である。
【図２】図１の動作説明に供するフローチャートである。
【図３】正常時の動作説明に供する信号波形図である。
【図４】寿命時の動作説明に供する信号波形図である。
【図５】寿命検知後にスイッチング周波数を切換えた時の信号波形図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るスイッチング電源装置のブロック図である。
【図７】従来例のブロック図である。
【符号の説明】
１                          交流電源
３                          整流回路
４，１２                    コンデンサ
５                          入力整流平滑回路
６                          高周波トランス
１３                        出力整流平滑回路
１４，１４ａ                寿命検知手段
１５，１５ａ                周波数制御手段
１６                        ＬＥＤ
２３                        ブザ
【図１】
0003591703.tif 000002
【図２】
0003591703.tif 000003
【図３】
0003591703.tif 000004
【図４】
0003591703.tif 000005
【図５】
0003591703.tif 000006
【図６】
0003591703.tif 000007
【図７】
0003591703.tif 000008