(57)【要約】【課題】  電気特性の外部電気特性測定値に基づいて電源装置の劣化状態を推定することができる劣化状態推定装置を提供する。【解決手段】  本発明の第１の態様は、１次平滑コンデンサを含み、前記１次平滑コンデンサを用いて商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する電源装置の劣化状態を推定する劣化状態推定装置であり、この劣化状態推定装置が、前記交流電圧を入力する前記電源装置の入力端子に接続される入力端子インタフェースと、前記直流電圧を出力する前記電源装置の出力端子に接続される出力端子インタフェースと、前記入力端子インタフェースまたは前記出力端子インタフェースにおいて電気特性を測定する測定手段と、前記電気特性と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗との関係を示す情報に従って、測定された前記電気特性から、前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗を計算する第１の計算手段とを備えるようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次平滑コンデンサを含み、前記１次平滑コンデンサを用いて商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する電源装置の劣化状態を推定する劣化状態推定装置であって、
前記交流電圧を入力する前記電源装置の入力端子に接続される入力端子インタフェースと、
前記直流電圧を出力する前記電源装置の出力端子に接続される出力端子インタフェースと、
前記入力端子インタフェースまたは前記出力端子インタフェースにおいて電気特性を測定する測定手段と、
前記電気特性と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗との関係を示す情報に従って、測定された前記電気特性から、前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗を計算する第１の計算手段と
を備える劣化状態推定装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記入力端子インタフェースにおける端子間の雑音端子電圧を前記電気特性として測定する、請求項１に記載の劣化状態推定装置。
【請求項３】
前記雑音端子電圧の初期値と、前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗の初期値とを含む情報を入力する入力手段をさらに備え、
前記電気特性と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗との関係を示す前記情報は、入力された前記雑音端子電圧の前記初期値および前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗の前記初期値に基づく、請求項２に記載の劣化状態推定装置。
【請求項４】
算出された前記等価直列抵抗から前記電源装置の残寿命を計算する第２の計算手段をさらに備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の劣化状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置の劣化状態を推定する技術に関する。
【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アダプタと称する）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測定する方法とがある。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】
外部から電気特性を測定する方法としては、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などの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、１次平滑コンデンサの静電容量または等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）といった電気特性を外部から測定することは困難である。１次平滑コンデンサの状態を外部から確認する方法として、雑音端子電圧を測定する方法がある。
【０００４】
一般的に、ＡＣアダプタは、交流電圧をダイオードブリッジにより整流して１次平滑コンデンサに蓄積し、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定格値の直流電圧に変換している。スイッチング時には、スイッチングトランスにおいて５０ｋＨｚから１００ｋＨｚのスイッチング周波数により電流のＯＮ／ＯＦＦが繰り返される。このため、スイッチング周波数およびその高調波の周波数帯のノイズによる電圧変動が発生し、これが商用電源電圧に重畳される。１次平滑コンデンサは、スイッチング電流の吸い込みと掃出しを行い、上記スイッチング電流に起因する商用電源の電圧変動を抑圧する役割を担っている。このため、１次平滑コンデンサが劣化し内部インピーダンスが上昇すると、スイッチング電流の吸い込みと掃出し能力が低下するため、商用電源電圧の変動幅が上昇する。「ＪＥＩＴＡのスイッチング電源試験規格（ＡＣ−ＤＣ）」（非特許文献１）には、雑音端子電圧測定として、この電圧の対大地電位変動を測定する方法が規定されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「スイッチング電源試験方法」、スイッチング電源技術専門委員会作成、一般社団法人電子情報技術産業協会、2012年11月改訂、インターネット＜URL：http://www.jeita.or.jp/japanese/standard/book/RC-9131C＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来では、雑音端子電圧を始めとする外部電気特性測定値と１次平滑コンデンサの劣化状態との関係性が不明であり、外部電気特性測定値から１次平滑コンデンサの劣化状態を推定することはできない。
【０００７】
本発明は、上記事情に着目してなされたものであり、電気特性の外部電気特性測定値に基づいて電源装置の劣化状態を推定することができる劣化状態推定装置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】
【０００８】
本発明の第１の態様は、１次平滑コンデンサを含み、前記１次平滑コンデンサを用いて商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する電源装置の劣化状態を推定する劣化状態推定装置であり、この劣化状態推定装置が、前記交流電圧を入力する前記電源装置の入力端子に接続される入力端子インタフェースと、前記直流電圧を出力する前記電源装置の出力端子に接続される出力端子インタフェースと、前記入力端子インタフェースまたは前記出力端子インタフェースにおいて電気特性を測定する測定手段と、前記電気特性と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗との関係を示す情報に従って、測定された前記電気特性から、前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗を計算する第１の計算手段とを備えるようにしたものである。
【０００９】
本発明の第２の態様は、前記測定手段が、前記入力端子インタフェースにおける端子間の雑音端子電圧を前記電気特性として測定するようにしたものである。
【００１０】
本発明の第３の態様は、上記劣化状態推定装置が、前記雑音端子電圧の初期値と、前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗の初期値とを含む情報を入力する入力手段をさらに備え、前記電気特性と前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗との関係を示す前記情報は、入力された前記雑音端子電圧の前記初期値および前記１次平滑コンデンサの等価直列抵抗の前記初期値に基づくようにしたものである。
【００１１】
本発明の第４の態様は、上記劣化状態推定装置が、算出された前記等価直列抵抗から前記電源装置の残寿命を計算する第２の計算手段をさらに備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電気特性の外部測定値に基づいて電源装置の劣化状態を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る劣化状態推定装置を示すブロック図。
【図２】雑音端子電圧と電源装置内の１次平滑コンデンサのＥＳＲとの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る劣化状態推定装置１の構成例を概略的に示している。劣化状態推定装置１は、商用電源２から供給される交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）を直流電圧に変換する電源装置としてのＡＣアダプタ３の劣化状態（劣化の度合い）を推定するものである。劣化状態推定装置１は、図１に示すように、商用電源インタフェース１１、入力端子インタフェース１２、出力端子インタフェース１３、外部電気特性測定部１４、１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部１５、残寿命計算部１６、入力インタフェース１７、および出力インタフェース１８を備える。
【００１６】
劣化状態推定装置１は、商用電源２とＡＣアダプタ３との間に挿入される。具体的には、商用電源２に商用電源インタフェース１１が接続され、ＡＣアダプタ３の入力端子が入力端子インタフェース１２に接続される。さらに、ＡＣアダプタ３の出力端子が出力端子インタフェース１３に接続される。商用電源２からの交流電圧は、劣化状態推定装置１の商用電源インタフェース１１および入力端子インタフェース１２を介してＡＣアダプタ３に供給される。ＡＣアダプタ３は、１次平滑コンデンサ（図示せず）を備え、１次平滑コンデンサを用いて商用電源２から供給された交流電圧を直流電圧に変換し、出力端子インタフェース１３に供給する。出力端子インタフェース１３内部の負荷は、適切な値に設定されている。これにより、劣化状態推定装置１は、ＡＣアダプタ３が適切に動作している状態でＡＣアダプタ３の電気特性を測定することができる。
【００１７】
なお、他の実施形態では、劣化状態推定装置１が出力端子インタフェース１３を備えず、ＡＣアダプタ３の出力端子が任意の電子機器に接続されてもよい。
【００１８】
入力インタフェース１７は、ＡＣアダプタ３の劣化状態を推定するために必要な設定情報を入力する。この設定情報は、例えば、ＡＣアダプタ３の回路モデル、主要部品のパラメタ、内蔵コンデンサのデータなどを含む。入力インタフェース１７から入力された設定情報は、１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部１５および残寿命計算部１６に送られる。一例では、入力インタフェース１７は、タッチパネルなどの入力デバイスを備える。他の例では、入力インタフェース１７は、外部から設定情報を取得してもよい。例えば、劣化状態推定装置１に無線機能を設け、ユーザまたは保守管理者が操作するコンピュータ端末などから無線通信により設定情報を入力インタフェース１７に与えるようにしてもよい。
【００１９】
なお、例えば劣化状態推定装置１が特定の種類の電源装置向けのものである場合などにおいては、設定情報の一部または全部が劣化状態推定装置１内のメモリなどの記憶部（図示せず）にあらかじめ格納されていてもよい。例えば、複数種類の電源装置に関する設定情報が記憶部にあらかじめ格納されている場合、ユーザまたは保守管理者が入力インタフェース１７を通じて劣化状態を推定する対象となる種類の電源装置を選択する。
【００２０】
外部電気特性測定部１４は、入力端子インタフェース１２または出力端子インタフェース１３において観測可能なＡＣアダプタ３の電気特性を測定する。ここでいう電気特性は、例えば、電圧、電流、静電容量、インダクタンス、抵抗値、インピーダンス、電圧の周波数特性、電流の周波数特性などを指す。本実施形態では、外部電気特性測定部１４は、入力端子インタフェース１２において電気特性を測定する。例えば、外部電気特性測定部１４は、入力端子インタフェース１２における端子間の雑音端子電圧を測定する。雑音端子電圧は、商用電源インタフェース１１において、並びに、商用電源インタフェース１１と入力端子インタフェース１２とを接続する電源線の線間において、同様に測定することができるため、入力端子インタフェース１２における端子間の雑音端子電圧を測定するとは、商用電源インタフェース１１における端子間の雑音端子電圧を測定すること、並びに、商用電源インタフェース１１と入力端子インタフェース１２とを接続する電源線の線間の雑音端子電圧を測定することをも含む。一般に、雑音端子電圧の周波数は商用電源２からの交流電源の周波数よりも高い。このため、例えばハイパスフィルタを用いて入力端子インタフェース１２における電圧の高周波成分を抽出することで、雑音端子電圧を測定することができる。
【００２１】
他の実施形態では、外部電気特性測定部１４は、図１において破線で示すように、出力端子インタフェース１３において電気特性を測定してもよい。さらに他の実施形態では、外部電気特性測定部１４は、入力端子インタフェース１２および出力端子インタフェース１３の両方において電気特性を測定してもよい。
【００２２】
１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部１５は、電気特性と１次平滑コンデンサのＥＳＲとの関係を示す情報に従って、外部電気特性測定部１４によって測定された電気特性から１次平滑コンデンサのＥＳＲを計算する。電気特性と１次平滑コンデンサのＥＳＲとの関係を示す情報は、入力インタフェース１７から入力された設定情報に基づくことができ、あるいは、あらかじめ記憶部に格納された設定情報に基づくことができる。電気特性と１次平滑コンデンサのＥＳＲとの関係を示す情報は、任意の形式であってよく、例えば、計算式（関数）とすることができる。
【００２３】
特定の例では、上述したように、外部電気特性測定部１４で測定する電気特性は雑音端子電圧である。図２に、ＡＣアダプタ３の雑音端子電圧と１次平滑コンデンサのＥＳＲとの関係を測定した結果の一例を示す。図２において、横軸がＡＣアダプタ３の雑音端子電圧［ｄＢμＶ］であり、縦軸が１次平滑コンデンサのＥＳＲ［Ω］である。図２に示すように、ＡＣアダプタ３の雑音端子電圧と１次平滑コンデンサのＥＳＲはおおよそ比例関係となっている。従って、初期状態におけるＥＳＲをＲ０、初期状態における雑音端子電圧をＶ０、外部電気特性測定部１４によって測定される雑音端子電圧をＶ１とすると、測定時のＥＳＲの値Ｒ１は次式によって計算することができる。
【００２４】
【数１】
2018050371.tif 000003
【００２５】
この場合、外部電気特性と１次平滑コンデンサＥＳＲとの関係式を作るために必要な情報は、ＥＳＲの初期値Ｒ０および雑音端子電圧の初期値Ｖ０であり、簡単に関係式を作ることができる。
【００２６】
例えば１次平滑コンデンサがアルミ電解コンデンサで構成される場合など、１次平滑コンデンサはＡＣアダプタ３において最も劣化しやすい部品の１つとなる。この場合、１次平滑コンデンサの劣化状態をＡＣアダプタ３の劣化状態と見なすことができる。このため、例えば、１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部１５によって算出された１次平滑コンデンサのＥＳＲの値そのものをＡＣアダプタ３の劣化状態として出力してもよく、１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部１５によって算出された１次平滑コンデンサのＥＳＲの値に基づく値をＡＣアダプタ３の劣化状態として出力してもよい。
【００２７】
残寿命計算部１６は、残寿命計算式に従って、１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部１５によって算出された１次平滑コンデンサのＥＳＲからＡＣアダプタ３の残寿命を計算する。残寿命計算式は、入力インタフェース１７から入力された設定情報に基づくことができ、あるいは、あらかじめ記憶部に格納された設定情報に基づくことができる。例えば、１次平滑コンデンサの劣化が一般的に知られているように温度が１０℃上昇するごとに２倍の速度で上昇すると仮定すると、１次平滑コンデンサの環境温度および１次平滑コンデンサに流れる通電電流による自己発熱を考慮すると、使用開始時からの経過時間ｔ１における１次平滑コンデンサのＥＳＲは、次式によっておおよそ推定することができる。
【００２８】
【数２】
2018050371.tif 000004
【００２９】
ここで、Ｒ（０）はＥＳＲの初期値であり、Ｒ’（Ｒ（ｔ））は加速劣化試験などであらかじめ求めたＥＳＲの上昇速度とＥＳＲの値との関係式であり、Ｔ０は関係式Ｒ’（Ｒ（ｔ））を作成したときの環境温度であり、Ｔ（ｔ）は時刻ｔにおける環境温度であり、Ｉ（０）はコンデンサの定格電流であり、Ｔａは定格電流通電時の内部自己発熱による温度上昇であり、Ｉ（Ｒ（ｔ））はシミュレーションまたは実測によってあらかじめ求めたＥＳＲがＲ（ｔ）のときのコンデンサの通電電流を示す関係式である。
【００３０】
従って、１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部１５によって算出されたＥＳＲの値Ｒ１を次式に代入すると、使用開始時からの経過時間ｔ１が求められる。
【００３１】
【数３】
2018050371.tif 000005
【００３２】
残寿命計算部１６は、ＡＣアダプタ３または１次平滑コンデンサの最終寿命から上記で求めた時間ｔ１を減算することで、ＡＣアダプタ３の残寿命を求める。最終寿命は、入力インタフェース１７から入力された設定情報に基づくことができ、あるいは、あらかじめ記憶部に格納された設定情報に基づくことができる。最終寿命は、耐用寿命、耐用期間、動作寿命（動作可能時間）などを指すことができる。
【００３３】
出力インタフェース１８は、残寿命計算部１６によって算出された残寿命を出力する。出力インタフェース１８から出力される情報は、ＡＣアダプタ３の残寿命に限らず、残寿命計算部１６によって算出されるＡＣアダプタ３の動作時間（使用開始時からの経過時間）、１次平滑コンデンサの状態を示す静電容量、１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部１５によって算出された１次平滑コンデンサのＥＳＲの値、外部電気特性測定部１４によって測定された電気特性の値などであってもよい。ＡＣアダプタ３の劣化状態としてＡＣアダプタ３の動作時間を出力する場合、残寿命計算部１６は、動作時間を計算すればよく、動作時間から残寿命を求める処理をしなくてもよい。情報出力方法は、例えば、画面表示、印刷など、任意の形式とすることができる。例えば、出力インタフェース１８は、モニタ（ディスプレイ）を備えていてもよい。また、出力インタフェース１８は、外部に情報を送信してもよい。例えば、劣化状態推定装置１に無線機能を設け、出力インタフェース１８からユーザまたは保守管理者が操作するコンピュータ端末などに情報を無線で送信し、当該コンピュータ端末などに表示するようにしてもよい。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、入力端子インタフェース１２に対し電気特性の測定を行い、電気特性と１次平滑コンデンサの等価直列抵抗との関係を示す情報に従って、測定結果から１次平滑コンデンサの等価直列抵抗を計算し、計算結果からＡＣアダプタ３の残寿命を計算する。これにより、ＡＣアダプタ３の外部電気特性測定結果からＡＣアダプタ３の１次平滑コンデンサの劣化状態を推定し、その推定結果からＡＣアダプタ３の残寿命を推定することができる。さらに、電気特性として入力端子インタフェース１２における端子間の雑音端子電圧を用い、１次平滑コンデンサの劣化状態を表す指標としてＥＳＲを用いる。この場合、雑音端子電圧とＥＳＲとの間の関係を簡単に設定することができる。
【００３５】
劣化状態推定装置１の上述した機能の全部または一部は、メモリに格納されたコンピュータプログラムをプロセッサ（例えばＣＰＵ）に実行させることにより実現することができる。また、劣化状態推定装置１の上述した機能の全部または一部は、劣化状態推定装置１と通信する、コンピュータ端末などの他の機器において実行されてもよい。
【００３６】
その他、劣化状態推定装置１の配置位置や構成などについては、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
要するに本発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１…劣化状態推定装置、１１…商用電源インタフェース、１２…入力端子インタフェース、１３…出力端子インタフェース、１４…外部電気特性測定部、１５…１次平滑コンデンサＥＳＲ計算部、１６…残寿命計算部、１７…入力インタフェース、１８…出力インタフェース、２…商用電源、３…ＡＣアダプタ。
【図１】
2018050371.tif 000006
【図２】
2018050371.tif 000007