(57)【要約】【課題】スイッチング電源回路の異常動作を、異常動作を検知した後も監視サーバーへ通報可能な電源異常通報システムを提供する。【解決手段】スイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の異常動作を検知しても、スイッチング電源回路の出力で負荷装置の動作を連続させ、負荷装置からコンピュータネットワークを介して監視サーバーへスイッチングトランジスタＴｒ１の異常動作を通報する。通報に要する時間は短時間であるので、スイッチングトランジスタＴｒ１を能動状態で動作させても火災発生の危険がない。【選択図】図２
2018121414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力電源に直列に接続し、直流入力電源と閉回路を形成するスイッチングトランジスタと、
所定周期でスイッチングトランジスタを開閉制御するドライブ信号をスイッチングトランジスタの制御端子へ出力するドライブ回路と、
一対の高圧側出力線と低圧側出力線間に接続されるキャパシタと、
スイッチングトランジスタの開閉動作により直流入力電源から流れる電流が断続し、一対の高圧側出力線と低圧側出力線間の出力電圧を、直流入力電源の入力電圧と異なる直流電圧に変換するインダクタとを有するスイッチング電源回路と、
一対の高圧側出力線と低圧側出力線間に接続され、スイッチング電源回路の出力を直流電源として動作する負荷装置と、
スイッチングトランジスタの開閉動作を監視し、スイッチングトランジスタの能動状態での動作を検知した際に異常動作情報を負荷装置へ出力する異常検知回路と、
負荷装置とコンピュータネットワークを介して接続する監視サーバーとを備え、
負荷装置は、異常検知回路から出力される異常動作情報を、コンピュータネットワークを介して監視サーバーへ送信し、スイッチングトランジスタの能動状態での動作を通報することを特徴とする電源異常通報システム。
【請求項２】
スイッチング電源回路は、直流入力電源とスイッチングトランジスタの間に接続される非常停止スイッチを更に有し、
監視サーバーは、負荷装置から異常動作情報を受信した後、負荷装置を介してスイッチング電源回路へ非常停止スイッチを開制御する制御信号を出力し、直流入力電源とスイッチングトランジスタ間の接続を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電源異常通報システム。
【請求項３】
監視サーバーは、負荷装置から異常動作情報を受信した後、その負荷装置で特定される所定期間経過後に、負荷装置を介してスイッチング電源回路へ非常停止スイッチを開制御する制御信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の電源異常通報システム。
【請求項４】
スイッチング電源回路は、
直流入力電源に直列に接続し、直流入力電源と閉回路を形成する第１スイッチングトランジスタと、
所定周期で第１スイッチングトランジスタを開閉制御する第１ドライブ信号を第１スイッチングトランジスタの制御端子へ出力する第１ドライブ回路と、
一対の高圧側接続線と低圧側接続線間に接続される第１キャパシタと、
第１スイッチングトランジスタの開閉動作により直流入力電源から流れる電流が断続し、一対の高圧側接続線と低圧側接続線間の出力電圧を、直流入力電源の入力電圧を異なる直流電圧に変換する第１インダクタとを有する直流電圧変換回路部と、
直流入力電源と第１スイッチングトランジスタ間に接続される第２スイッチングトランジスタと、
第２スイッチングトランジスタの制御端子へ、常時は、第２スイッチングトランジスタを閉じ制御する第２ドライブ信号を出力し、保護動作モードで、所定周期で第２スイッチングトランジスタを開閉制御する第２ドライブ信号を出力する第２ドライブ回路と、
直流電圧変換回路部の入力側の一対の高圧側接続線と低圧側接続線間に接続される第２キャパシタと、
保護動作モードで、第２スイッチングトランジスタの開閉動作により直流入力電源から流れる電流が断続し、第２キャパシタの両端の電圧を、直流入力電源の入力電圧を降圧させた直流電圧に変換する第２インダクタとを有する保護回路とからなり、
異常検知回路は、第１スイッチングトランジスタの開閉動作を監視し、第１スイッチングトランジスタの能動状態での動作を検知した際に異常動作情報を負荷装置へ出力し、
監視サーバーは、負荷装置から異常動作情報を受信した後、負荷装置を介してスイッチング電源回路へ、保護回路を保護動作モードで動作させる制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電源異常通報システム。
【請求項５】
スイッチング電源回路と異常検知回路は、負荷装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源異常通報システム。
【請求項６】
コンピュータネットワークは、インターネットであり、負荷装置は、インターネットに接続するＩｏＴデバイスであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源異常通報システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチングトランジスタの開閉動作により直流入力電圧を負荷装置に適した安定した直流電圧へ変換するスイッチング電源回路のスイッチングトランジスタが異常動作した際に、その異常動作をインターネットを介して監視サーバーへ通報する電源異常通報システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源回路は、直流の不安定な入力電圧を安定した直流出力電圧に変換して負荷装置へ出力するＤＣ−ＤＣコンバータとして、直流電圧で動作する種々の電子機器の電源として用いられていられ、負荷装置となる電子機器の定格に従った出力電圧と出力電流で出力するように定電圧及び定電流制御している。しかしながら、この制御回路や負荷装置と接続する電源線などに障害が生じると、出力線に異常に高い出力電流が流れ、火災発生の原因となる。
【０００３】
その対策として従来は、出力線に温度ヒューズを介在させて図５に示すように、例えば５０℃程度の高温を検出した５分後に出力線を遮断したり、出力線に直列に電流検出抵抗を介在させて、電流検出抵抗の両端の電圧から異常電流を検知した場合に、出力線を遮断する処置をしている（特許文献１）。
【０００４】
一方、スイッチング電源回路の定電圧、定電流制御は、スイッチングトランジスタを開閉制御するドライブ回路のオンデューティを変化させて行っているが、ドライブ回路が何らかの原因で故障し、常時スイッチングトランジスタをオン制御するドライブ信号が出力されると、スイッチングトランジスタは、能動状態で動作し、図５に示すように、長時間にわたり比較的高い出力電流が流れることにより電源線周囲の温度が徐々に上昇して６時間後に９０℃程度まで上昇し、その後この温度で推移する。
【０００５】
スイッチング電源回路を直流電源として動作する負荷装置には、通信ルーター、監視カメラ、信号機、家庭用蓄電器など停止させることなく常時電源を供給して稼働させる機器があり、能動状態の動作によって長時間にわたって電源線や電源パターンに高い電流が流れると、使用部品が劣化したり、低温炭素化によるプリント配線基板のパターン間の短絡で火災が発生する重大な問題が発生していた。しかしながら、能動状態での動作により上昇する出力電流は、温度ヒューズや電流検出抵抗で感知されるような高い出力電流ではないので、上述の検知手段では対処できない。
【０００６】
そこで、図６に示す特許文献２に記載のスイッチング電源回路１００では、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で異常動作すると、スイッチングトランジスタＴｒ１が所定周期で開閉動作せず、スイッチングトランジスタＴｒ１のインダクタＬ１との接続側の接続点Ａの電圧Ｖｄが変化しないことに着目し、接続点Ａに接続する異常検知回路１０１において、所定周期より長い検出期間に接続点Ａの電圧Ｖｄが変化しない場合に、能動状態でのスイッチングトランジスタＴｒ１の動作と判定している。
【０００７】
また、高圧側電源端子１１０ａとスイッチングトランジスタＴｒ１間に保護回路１０２となるスイッチングトランジスタＴｒ２を接続し、スイッチングトランジスタＴｒ２のゲートに異常検知回路１０１を接続させている。スイッチングトランジスタＴｒ２は、異常検知回路１０１から出力されるドライブ信号により通常は閉じ制御（オン制御）され、異常検知回路１０１がスイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の動作と判定した場合に、開制御（オフ制御）され、直流入力電源１１０からスイッチングトランジスタＴｒ１への電流供給が停止され、これによりスイッチングトランジスタＴｒ１の異常発熱や出力線が配線されたプリント配線基板の低温炭素化を予防できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４６３１３４号公報
【特許文献１】特許第５８１１２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来のスイッチング電源回路１００では、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作したことを検知した際に、スイッチングトランジスタＴｒ１への電流供給を停止し、直流電圧変換部１０３の動作を停止させるフェールセーフが働く。従って、スイッチングトランジスタＴｒ１が異常動作していることを外部へ通報しようとしても、その通報手段への電源供給も途絶えるので、使用者は、負荷装置への電源供給が途絶えて負荷装置の動作が停止する現象以外にスイッチング電源回路１００の異常動作を知ることができない。
【００１０】
また、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作したことを検知すると、スイッチング電源回路１００から負荷装置ＲＬへの電源供給が直ちに途絶え、負荷装置の動作が突然停止するので、負荷装置が故障したり、停止前の通常動作状態に復旧させることができないという問題があった。
【００１１】
また、スイッチング電源回路の出力を直流電源として動作する負荷装置をＩｏＴ（Internet of Thing）デバイスとして、多数のＩｏＴデバイスをインターネットを介して監視サーバーへ接続し、監視サーバーで各ＩｏＴデバイスの動作状態を集中監視する監視システムが知られているが、スイッチング電源回路１００の異常動作を検知しても、そのスイッチング電源回路から電源供給を受けているＩｏＴデバイスの動作が停止すれば、同様に異常動作を監視サーバーへ通報できず、監視サーバーは、ＩｏＴデバイスの動作が停止したことを知るだけで、その具体的な原因を知ることができない。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、スイッチング電源回路の異常動作を、異常動作を検知した後も監視サーバーへ通報可能な電源異常通報システムを提供することを目的とする。
【００１３】
また、ＩｏＴデバイスに直流電源を供給するスイッチング電源回路の異常原因を具体的に監視サーバーへ通報する電源異常通報システム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】
【００１４】
上述の目的を達成するため、請求項１に記載の電源異常通報システムは、直流入力電源に直列に接続し、直流入力電源と閉回路を形成するスイッチングトランジスタと、所定周期でスイッチングトランジスタを開閉制御するドライブ信号をスイッチングトランジスタの制御端子へ出力するドライブ回路と、一対の高圧側出力線と低圧側出力線間に接続されるキャパシタと、スイッチングトランジスタの開閉動作により直流入力電源から流れる電流が断続し、一対の高圧側出力線と低圧側出力線間の出力電圧を、直流入力電源の入力電圧と異なる直流電圧に変換するインダクタとを有するスイッチング電源回路と、
一対の高圧側出力線と低圧側出力線間に接続され、スイッチング電源回路の出力を直流電源として動作する負荷装置と、スイッチングトランジスタの開閉動作を監視し、スイッチングトランジスタの能動状態での動作を検知した際に異常動作情報を負荷装置へ出力する異常検知回路と、負荷装置とコンピュータネットワークを介して接続する監視サーバーとを備え、負荷装置は、異常検知回路から出力される異常動作情報を、コンピュータネットワークを介して監視サーバーへ送信し、スイッチングトランジスタの能動状態での動作を通報することを特徴とする。
【００１５】
スイッチング電源回路のスイッチングトランジスタが能動状態で動作している間は、比較的高い出力電流が一対の高圧側出力線と低圧側出力線間から負荷装置へ出力されるが、直ちに火災発生が生じるような危険はないので、スイッチング電源回路からの出力が停止することなく、負荷装置の動作が維持される。従って、負荷装置は、スイッチングトランジスタの能動状態の動作を検知した異常検知回路から出力される異常動作情報を、コンピュータネットワークを介して監視サーバーへ送信し、監視サーバーへスイッチングトランジスタの能動状態での動作を通報することができる。
【００１６】
請求項２に記載の電源異常通報システムは、スイッチング電源回路が、直流入力電源とスイッチングトランジスタの間に接続される非常停止スイッチを更に有し、
監視サーバーは、負荷装置から異常動作情報を受信した後、負荷装置を介してスイッチング電源回路へ非常停止スイッチを開制御する制御信号を出力し、直流入力電源とスイッチングトランジスタ間の接続を遮断することを特徴とする。
【００１７】
異常動作情報を受信した監視サーバーは、スイッチング電源回路へ非常停止スイッチを開制御する制御信号を出力し、直流入力電源からスイッチングトランジスタに流れる電流が停止するので、スイッチングトランジスタの開閉動作が停止する。
【００１８】
請求項３に記載の電源異常通報システムは、監視サーバーが、負荷装置から異常動作情報を受信した後、その負荷装置で特定される所定期間経過後に、負荷装置を介してスイッチング電源回路へ非常停止スイッチを開制御する制御信号を出力することを特徴とする。
【００１９】
負荷装置は、異常検知回路から異常動作情報が入力し、その異常動作情報を監視回路へ転送した後、その負荷装置で特定される経過時間後に、監視サーバーからスイッチング電源回路へ非常停止スイッチを開制御する制御信号が出力され、スイッチング電源回路から負荷装置への直流電源の供給が停止される。
【００２０】
請求項４に記載の電源異常通報システムは、スイッチング電源回路が、直流入力電源に直列に接続し、直流入力電源と閉回路を形成する第１スイッチングトランジスタと、所定周期で第１スイッチングトランジスタを開閉制御する第１ドライブ信号を第１スイッチングトランジスタの制御端子へ出力する第１ドライブ回路と、一対の高圧側接続線と低圧側接続線間に接続される第１キャパシタと、第１スイッチングトランジスタの開閉動作により直流入力電源から流れる電流が断続し、一対の高圧側接続線と低圧側接続線間の出力電圧を、直流入力電源の入力電圧と異なる直流電圧に変換する第１インダクタとを有する直流電圧変換回路部と、
直流入力電源と第１スイッチングトランジスタ間に接続される第２スイッチングトランジスタと、第２スイッチングトランジスタの制御端子へ、常時は、第２スイッチングトランジスタを閉じ制御する第２ドライブ信号を出力し、保護動作モードで、所定周期で第２スイッチングトランジスタを開閉制御する第２ドライブ信号を出力する第２ドライブ回路と、直流電圧変換回路部の入力側の一対の高圧側接続線と低圧側接続線間に接続される第２キャパシタと、保護動作モードで、第２スイッチングトランジスタの開閉動作により直流入力電源から流れる電流が断続し、第２キャパシタの両端の電圧を、直流入力電源の入力電圧を降圧させた直流電圧に変換する第２インダクタとを有する保護回路とからなり、
異常検知回路は、第１スイッチングトランジスタの開閉動作を監視し、第１スイッチングトランジスタの能動状態での動作を検知した際に異常動作情報を負荷装置へ出力し、
監視サーバーは、負荷装置から異常動作情報を受信した後、負荷装置を介してスイッチング電源回路へ、保護回路を保護動作モードで動作させる制御信号を出力することを特徴とする。
【００２１】
直流電圧変換回路部の第１スイッチングトランジスタが能動状態で動作し、その異常動作情報が負荷装置から監視サーバーに出力されると、監視サーバーは、負荷装置を介してスイッチング電源回路へ、保護回路を保護動作モードで動作させる制御信号を出力する。その結果、保護回路が保護動作モードで動作するスイッチング電源回路は、直流電圧変換回路部が異常動作していても、直流入力電源の入力電圧を安定した異なる直流電圧に変換して負荷装置へ出力するので、負荷装置は停止することなく連続動作する。
【００２２】
能動状態で動作する第１スイッチングトランジスタの高圧側の電圧は、直流入力電源の入力電圧を降圧させた第２キャパシタの両端の電圧にほぼ等しいので、第１スイッチングトランジスタに印加される電圧は、保護回路が保護動作モードに移行することにより低下し、第１スイッチングトランジスタが能動状態で動作しても異常発熱の危険がない。
【００２３】
請求項５に記載の電源異常通報システムは、スイッチング電源回路と異常検知回路は、負荷装置に内蔵されていることを特徴とする。
【００２４】
負荷装置に内蔵されたスイッチング電源回路の異常動作を監視サーバーへ通報できる。
【００２５】
請求項６に記載の電源異常通報システムは、コンピュータネットワークは、インターネットであり、負荷装置は、インターネットに接続するＩｏＴデバイスであることを特徴とする。
【００２６】
多数のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）デバイスをインターネットに接続し、監視サーバーから多数のＩｏＴデバイスの各直流電源となるスイッチング電源回路の異常動作を監視できる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１の発明によれば、異常検知回路がスイッチングトランジスタの能動状態の動作を検知した後も、スイッチング電源回路の動作を停止させないので、負荷装置からスイッチングトランジスタの異常動作を、監視サーバーへ通報することができる。これにより、高い出力電流が負荷装置へ出力されることによる発熱の危険を使用者へ伝えたり、スイッチング電源回路の動作停止など、火災発生前に未然に火災事故回避手段を講じることができる。
【００２８】
さらに、監視サーバーは、異常動作情報を送信した負荷装置の異常動作の原因を、受信した異常動作情報から、負荷装置に直流電源を供給するスイッチング電源回路のスイッチングトランジスタの能動状態の動作であると具体的に知ることができる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、監視サーバーが、スイッチング電源回路の異常動作を停止させる保護動作を遠隔制御し、能動状態で動作するスイッチングトランジスタの異常発熱や高い出力電流による回路部品の損傷や火災の発生を未然に予防できる。
【００３０】
請求項３の発明によれば、負荷装置は、異常検知回路から異常動作情報が入力された後、スイッチング電源回路から負荷装置への直流電源の供給が停止されるまで、その負荷装置により特定される経過時間の猶予が得られるので、負荷装置に停止前の動作状態に復旧可能な処置を講じた後、安全に動作を停止させることができる。
【００３１】
スイッチングトランジスタの能動状態の動作では、直ちに火災が発生するような高い異常電流が出力されるものではないので、その動作を異常検知回路が検知してから負荷装置により特定される経過時間の後に、スイッチング電源回路の動作を停止しても火災が発生する危険がない。
【００３２】
請求項４の発明によれば、スイッチング電源回路の直流電圧変換回路部が異常動作しても、フォールトトレラント設計で、保護回路を保護動作モードで動作させて負荷装置へ直流電源の出力を維持するので、負荷装置の動作を連続させながら、負荷装置から異常動作情報を監視サーバーへ通報することができる。
【００３３】
また、直流電圧変換回路部の第１スイッチングトランジスタを能動状態のまま動作させても、第１スイッチングトランジスタの異常発熱の危険がない。
【００３４】
請求項５の発明によれば、監視サーバーは、負荷装置から送信される異常動作情報により、異常動作の原因が、負荷装置に内蔵されたスイッチング電源回路のスイッチングトランジスタの能動状態の動作であることを知ることができる。
【００３５】
請求項６の発明によれば、多数の負荷装置の動作状態をインターネットを介して接続する監視装置で集中管理する場合に、各負荷装置の直流電源となるスイッチング電源回路の異常動作とその原因を監視サーバーへ通報できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本願発明の第１実施の形態に係る電源異常通報システム１のブロック図である。
【図２】電源異常通報システム１の要部回路図である。
【図３】第２実施の形態に係る電源異常通報システム２０の要部回路図である。
【図４】異常検知・保護制御部６の回路図である。
【図５】スイッチング電源回路が異常動作している場合の異常動作の経過時間と、異常動作で出力される出力電流による温度変化の関係を示すグラフである。
【図６】従来のスイッチング電源回路１００の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の第１実施の形態に係る電源異常通報システム１は、１２Ｖの直流入力電圧Ｖｉを５Ｖの直流出力電圧Ｖｏに変換するスイッチング電源回路３の異常動作をインターネットを介して接続する監視サーバー１１へ通報するものであり、以下、この電源異常通報システム１を、図１と図２を用いて説明する。
【００３８】
図１は、電源異常通報システム１全体のブロック図であり、電源異常通報システム１は、整流平滑回路４を介して商用交流電源線に接続するスイッチング電源回路３と、スイッチング電源回路２の出力を直流電源として動作する負荷装置であって、インターネットに接続するＩｏＴデバイス１０と、スイッチング電源回路３とＩｏＴデバイス１０の間に接続され、スイッチング電源回路３の異常動作を検知する異常検知回路５と、インターネットを介して複数の各ＩｏＴデバイス１０の動作を監視する監視サーバー１１とから構成される。
【００３９】
商用交流電源線とスイッチング電源回路３との間に接続された整流平滑回路４は、商用交流電圧をダイオードブリッジ回路と平滑コンデンサを用いて全波整流・平滑化し、電圧が１０％程度変動する不安定な１２Ｖの直流電圧に変換してスイッチング電源回路３へ出力する。従って、スイッチング電源回路３の直流入力電圧Ｖｉは、１２Ｖの不安定な直流電圧であり、直流入力電源３０の高圧側電源端子３０ａは、＋１２Ｖと、低圧側電源端子３０ｂは接地された０Ｖの電位となっている。
【００４０】
スイッチング電源回路３は、直流の入力電圧Ｖｉを降圧してＩｏＴデバイス１０が接続する高圧側出力端子３２ａと低圧側出力端子３３ａ間に出力する直流電圧変換部１２と、異常検知回路５及び非常停止スイッチ７を備えている。直流入力電源３０の高圧側電源端子３０ａと低圧側電源端子３０ｂの間には、図２に示すように、低圧側から高圧側を順方向とするダイオードＤ１とスイッチングトランジスタＴｒ１とスイッチングトランジスタＴｒ２とが直列に接続され、これにより閉回路が形成されている。
【００４１】
ダイオードＤ１とスイッチングトランジスタＴｒ１との接続点Ａは、インダクタＬ１を介して他側が高圧側出力端子３２ａとなった高圧側接続線３２に接続され、また、接続点Ａに対するダイオードＤ１の他側（アノード側）は、低圧側電源端子３０ｂと低圧側出力端子３３ａ間に配線される低圧側接続線３３に接続している。高圧側接続線３２と低圧側接続線３３間には、高圧側出力端子３２ａと低圧側出力端子３３ａ間に接続されるＩｏＴデバイス１０へ安定した出力電流Ｉｏ、出力電圧Ｖｏの直流電力を供給するため、コンデンサＣ１が接続されている。
【００４２】
スイッチングトランジスタＴｒ１は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成され、定電圧制御回路４０からスイッチングトランジスタＴｒ１のゲートに出力されるドライブ信号により開閉制御される。非常停止スイッチ７となるスイッチングトランジスタＴｒ２が常時は閉じ制御（オン制御）されているものとして、スイッチングトランジスタＴｒ１が閉じ制御（オン制御）され、飽和状態で動作している間は、直流入力電源３０からインダクタＬ１に電流が流れ、コンデンサＣ１を充電するが、出力電圧ＶｏとなるコンデンサＣ１の充電電圧は、インダクタＬ１の自己誘導によって入力電圧Ｖｉより低い電圧となる。また、スイッチングトランジスタＴｒ１が開制御（オフ制御）され、遮断状態で動作している間は、インダクタＬ１に蓄積された電気エネルギーがダイオードＤ１を通して環流する充電電流となって、コンデンサＣ１を充電し、出力電圧ＶｏとなるコンデンサＣ１の充電電圧を維持する。
【００４３】
出力電圧Ｖｏは、単位時間中のスイッチングトランジスタＴｒ１の閉じ制御時間によりその電圧を制御できるので、定電圧制御回路４０は、スイッチングトランジスタＴｒ１を閉じ制御するドライブ信号のオンデューティを出力電圧Ｖｏから負帰還させ、出力電圧ＶｏをＩｏＴデバイス１０の動作電圧となるように定電圧制御する。このため、定電圧制御回路４０は、高圧側接続線３２と低圧側接続線３３間に接続される一対の分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を有し、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点の電圧と、ＩｏＴデバイス１０の動作電圧をもとに所定の電位に調整した基準電源電圧Ｖｒｅｆを誤差アンプ４１で比較し、パルス幅変調回路ＰＷＭへ出力している。パルス幅変調回路ＰＷＭは、発信器ＯＳＣから出力される一定周期の発信信号を誤差アンプ４１の比較信号でパルス幅変調してドライブ回路４２へ出力し、ドライブ回路４２は、誤差アンプ４１の比較信号に応じてオンデューティが調整されたドライブ信号をスイッチングトランジスタＴｒ１のゲートへ出力する。
【００４４】
これにより、例えば、出力電圧ＶｏがＩｏＴデバイス１０の動作電圧より高い場合には、ドライブ回路４２からオンデューティを低下させたドライブ信号がスイッチングトランジスタＴｒ１のゲートに出力され、単位時間内のオン制御時間が短縮されるので、出力電圧Ｖｏが低下する。逆に、出力電圧ＶｏがＩｏＴデバイス１０の動作電圧より低い場合には、オンデューティを増加させたドライブ信号がスイッチングトランジスタＴｒ１のゲートに出力され、単位時間内のオン制御時間が延長されるので、出力電圧Ｖｏが上昇するので、出力電圧Ｖｏは、ＩｏＴデバイス１０毎に異なる所定の動作電圧に定電圧制御される。
【００４５】
一方、落雷など何らかの原因で定電圧制御回路４０のパルス幅変調回路ＰＷＭ等が故障し、スイッチングトランジスタＴｒ１を能動状態とする一定電位のドライブ信号がドライブ回路４２からスイッチングトランジスタＴｒ１のゲート（ベース）に出力され続けると、スイッチング電源回路３は、スイッチングトランジスタＴｒ１を常時閉じ状態（オン状態）とし、スイッチングトランジスタＴｒ１のオン抵抗で入力電力を消費して入力電圧より低い出力電圧を出力するシリーズレギュレータ（ドロッパー回路）として動作する。
【００４６】
既述の通り、スイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態での動作は、出力電流Ｉｏが急激に上昇して火災が発生するような危険はないが、放置しておくと長時間比較的高い出力電流Ｉｏが連続して流れ、プリント配線基板が低温炭素化してパターンが短絡し、火災が発生する危険があるので、本実施の形態では、このスイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態での動作を異常動作として、接続点Ａに接続する異常検知回路５で検知し、監視サーバー１１へ通報している。
【００４７】
異常検知回路５がスイッチングトランジスタＴｒ１の異常動作を検知する方法は、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作している間は、スイッチングトランジスタＴｒ１が所定周期で開閉動作せず、スイッチングトランジスタＴｒ１のインダクタＬ１との接続側の接続点Ａの電圧Ｖｄが変化しないことに着目したもので、異常検知回路５は、所定周期より長い検出期間に接続点Ａの電圧Ｖｄが変化しない場合を、スイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の動作として検知する。
【００４８】
異常検知回路５は、ＩｏＴデバイス１０へ直流電力を供給する電力線と異なる信号線１３でＩｏＴデバイス１０と接続し、スイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の動作を検知すると、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作していることを表す異常動作情報を信号線１３を介してＩｏＴデバイス１０へ出力する。
【００４９】
また、異常検知回路５は、非常停止スイッチとして作用するスイッチングトランジスタＴｒ２のゲートに接続し、信号線１３を介してＩｏＴデバイス１０から後述する開制御信号が入力されると、スイッチングトランジスタＴｒ２のゲートにスイッチングトランジスタＴｒ２を開制御するドライブ信号を出力する。その結果、直流入力電源３０からスイッチングトランジスタＴｒ１への電流供給が停止され、能動状態で動作していたスイッチングトランジスタＴｒ１の動作が停止する。その結果、スイッチング電源回路３からの出力も停止し、スイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の動作に起因する火災発生の危険も消失する。
【００５０】
スイッチング電源回路３から直流電源の供給を受けて動作するＩｏＴデバイス１０は、インターネットに接続可能であれば、監視カメラ、照明器具、家電製品、パーソナルコンピュータ若しくはこららの各機器に接続するルーターなど種々の装置や機器であり、ＴＣＰ／ＩＰのプロトコルでインターネットに接続する為、各ＩｏＴデバイス１０毎にＩＰアドレスが割り当てられている。本実施の形態では、図１に示すように、第１スイッチング電源回路３ａの直流電源で動作するＩｏＴデバイス１０ａは、パーソナルコンピュータであり、第２スイッチング電源回路３ｂの直流電源で動作する二つのＩｏＴデバイス１０ｂ、１０ｃは、それぞれ照明器具と監視カメラである。
【００５１】
各ＩｏＴデバイス１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、図示しないルーターと回線終端装置を介してインターネットに接続し、同様にインターネットに接続する監視サーバー１１とインターネットを介して常時双方向通信が可能な状態で接続している。これにより、各ＩｏＴデバイス１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、周期的に自らの動作状態や監視カメラ１０ｃでは更にその撮像情報を加えて監視サーバー１１へ送信し、監視サーバーは、これらの送信情報から各ＩｏＴデバイス１０の動作状態を監視している。
【００５２】
３台のＩｏＴデバイス１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうち、信号線１３で異常検知回路５に接続されたＩｏＴデバイス１０ａ、１０ｃは、それぞれ異常検知回路５から上述の異常動作情報が入力されると、必要な動作終了処理を講じるとともに、入力された異常動作情報を監視サーバー１１へ送信し、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作しているスイッチング電源回路３の異常動作を監視サーバー１１へ通報する。
【００５３】
また、異常動作情報を通報する各ＩｏＴデバイス１０には、後述する監視サーバー１１から非常停止スイッチを開制御する制御信号の出力可否と制御信号の出力を許可する場合には、異常動作情報を送信してから制御信号を出力するまでの所定経過期間を定めた制御設定情報がＩｏＴデバイス１０毎に設定され、制御設定情報を異常動作情報に含めて監視サーバー１１へ送信する。非常停止スイッチを開制御する制御信号は、そのＩｏＴデバイス１０に直流電源を供給するスイッチング電源回路３の動作を停止させるものであるので、ＩｏＴデバイス１０の動作内容によって制御設定情報が設定され、例えば、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作していても、連続して動作を継続させる必要のある照明器具１０ｂ等の装置については、制御信号の出力を許可しない制御設定情報が、動作停止までに所定の終了処理が必要なパーソナルコンピュータ１０ａ等の装置については、その終了処理に要する所定経過時間を定めた制御信号の出力を許可する制御設定情報がそれぞれ設定される。
【００５４】
監視サーバー１１は、ＩｏＴデバイス１０から異常動作情報を受信すると、付属のディスプレーやスピーカーを用いてそのＩｏＴデバイス１０の直流電源となるスイッチング電源回路３の異常動作を使用者へ通報する。
【００５５】
更に、異常動作情報に含まれる制御設定情報が、所定経過時間を定めた制御信号の出力を許可する制御設定情報である場合には、ＩｏＴデバイス１０から異常動作情報を受信した後、その所定経過時間が経過した後、監視サーバー１１からＩｏＴデバイス１０へ非常停止スイッチを開制御する制御信号が送信される。
【００５６】
監視サーバー１１からこの制御信号を受信したＩｏＴデバイス１０は、信号線１３を介して接続する異常検知回路５へ制御信号を出力し、異常検知回路５からスイッチング電源回路３の非常停止スイッチ７を開制御する制御信号を出力する。その結果、スイッチング電源回路３の動作が停止し、ＩｏＴデバイス１０への直流電源の供給も停止される。しかしながら、ＩｏＴデバイス１０は、異常検知回路５から異常動作情報を受信してから、そのＩｏＴデバイス１０について定められた所定経過時間後にスイッチング電源回路３からの直流電源の供給が停止するので、その間に通常動作状態に復帰可能な状態で安全にＩｏＴデバイス１０の動作を停止させることができる。
【００５７】
第２実施の形態に係る電源異常通報システム２０は、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作しても、正常動作状態と同様の出力を維持するフォールトトレラント機能を有するスイッチング電源回路２１を備え、以下、図３と図４を用いてこの電源異常通報システム２０を説明する。電源異常通報システム２０は、図２に示す電源異常通報システム１と比較して明らかなように、スイッチング電源回路３の基本構成を変更せずに、スイッチング電源回路２１に保護回路２２を加え、また、異常検知回路１５を保護回路２２の異常検知・保護制御部６に内蔵させたものである。従って、上述した電源異常通報システム１と主要な構成が共通するので、実質的に同一若しくは同様に作用する構成については、同一の番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５８】
直流入力電源３０の＋１２Ｖの高圧側電源端子３０ａと０Ｖの低圧側電源端子３０ｂの間に、保護回路２２の一部を構成するスイッチングトランジスタＴｒ２と、直流電圧変換部１２の一部を構成するスイッチングトランジスタＴｒ１及び低圧側から高圧側を順方向とするダイオードＤ１とが直列に接続されることにより、閉回路が形成される。
【００５９】
保護回路２２は、図３に示すように、直流電圧変換部１２の入力側である直流入力電源３０側に形成され、直流電圧変換部１２の各回路素子と同様に作用する回路素子から構成されている。すなわち、高圧側電源端子３０ａと低圧側電源端子３０ｂの間に、スイッチングトランジスタＴｒ１とダイオードＤ１で形成される閉回路の直流入力電源３０側に、高圧側電源端子３０ａと低圧側電源端子３０ｂに対して、スイッチングトランジスタＴｒ２と低圧側から高圧側を順方向とするダイオードＤ２を直列に接続した閉回路が形成される。
【００６０】
また、スイッチングトランジスタＴｒ２とダイオードＤ２との接続点とスイッチングトランジスタＴｒ１の入力側（ソース）との間に、インダクタＬ２が接続され、インダクタＬ２とスイッチングトランジスタＴｒ１との接続点Ｂ２と、低圧側接続線３３間には、保護回路２２が後述する保護動作モードで動作している間に、スイッチングトランジスタＴｒ１の入力側を安定した直流電圧とするコンデンサＣ２が接続されている。
【００６１】
保護回路２２が後述する通常動作モードで動作している間は、スイッチングトランジスタＴｒ２は常時オン制御され、直流電流が流れるスイッチングトランジスタＴｒ２とインダクタＬ２の電圧降下を無視すれば、スイッチングトランジスタＴｒ１には、直流の入力電圧Ｖｉが加えられ、直流電圧変換部１２は、スイッチング電源回路３と同様に入力電圧Ｖｉを降圧し、定電圧制御した出力電圧Ｖｏの直流電力をＩｏＴデバイス１０へ供給する。
【００６２】
スイッチングトランジスタＴｒ２は、ＰチャネルＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、保護回路２２の後述するドライブ回路２５の出力にゲートが接続し、通常は、ドライブ回路２５から出力されるドライブ信号によってオン制御され、スイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の動作が検出されると、ドライブ信号によってオン、オフ制御される。
【００６３】
異常検知・保護制御部２２には、図４に示すように、保護回路２２が後述する保護動作モードで動作する際に動作する定電圧制御回路１４と、スイッチングトランジスタＴｒ１とインダクタＬ１との間の接続点Ａの電位を監視するために接続点Ａに検出用端子ＳＷを接続させた異常検知回路１５と異常検知回路１５の出力に接続するＲＳフリップフロップ回路１６が備えられている。
【００６４】
定電圧制御回路１４は、保護動作モードで定電圧制御する目標差電圧Ｖｔｒｓｅｔに相当する直流オフセット電圧を出力するオフセット電源２４と、反転入力端子をＳＥＴ端子に接続し、非反転入力端子をオフセット電源２４を介してＳＥＮＣＥ端子に接続させた誤差アンプ２３と、発信器ＯＳＣ２から出力される１ＭＨｚの固定周波数の三角波やのこぎり波などの信号を誤差アンプ２３の出力でパルス幅変調するパルス幅変調回路ＰＷＭ２と、保護動作モードでパルス幅変調回路ＰＷＭ２から出力される被変調信号をドライブ信号としてスイッチングトランジスタＴｒ２のゲートへ出力するドライブ回路２５を備えている。
【００６５】
誤差アンプ２３の反転入力端子が接続するＳＥＴ端子は、高圧側接続線３２のインダクタＬ２とスイッチングトランジスタＴｒ１との接続点Ｂ２に接続し、オフセット電源２４を介して非反転入力端子が接続するＳＥＮＣＥ端子は、ＩｏＴデバイス１０に接続する高圧側接続線３２の接続点Ｃに接続し、従って、誤差アンプ２３は、出力電圧Ｖｏに直流オフセット電圧Ｖｏｆｆを加えた電圧と、スイッチングトランジスタＴｒ１の高圧側の電圧とを比較する。保護回路２２が保護動作モードで動作している間は、インダクタＬ１に直流の出力電流が流れ、インダクタＬ１での電圧降下を無視すれば、誤差アンプ２３は、スイッチングトランジスタＴｒ１の高圧側と低圧側の差電圧差電圧Ｖｔｒを、直流オフセット電圧Ｖｏｆｆで規定される目標差電圧Ｖｔｒｓｅｔと比較するものとなり、スイッチングトランジスタＴｒ１の両端の電圧は、目標差電圧Ｖｔｒｓｅｔに定電圧制御される。
【００６６】
これにより、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作を継続させても、スイッチングトランジスタＴｒ１のオン抵抗ｒの両端に加わる電圧は所定の目標差電圧Ｖｔｒｓｅｔに定電圧制御され、直流入力電圧Ｖｉや出力電圧Ｖｏの電圧にかかわらず、スイッチングトランジスタＴｒ１が異常発熱することがない。
【００６７】
異常検知回路１５とＲＳフリップフロップ回路１６は、高圧側電源端子３０ａに接続する定電流回路１７と低圧側電源端子３０ｂの間に接続され、定電流回路１７により安定電位に変換される直流入力電源３０を電源として動作している。
【００６８】
異常検知回路１５は、接続点Ａの電圧Ｖｄと、スイッチングトランジスタＴｒ１がスイッチング動作している間の電圧Ｖｄの変動範囲で任意に設定する閾値電圧Ｖｔｈとを比較する図示しない比較回路を備え、スイッチングトランジスタＴｒ１が正常にスイッチング動作している間に、比較回路の極性は、少なくとも１μｓｅｃの固定周期Ｔ内に反転する。一方、パルス幅変調回路ＰＷＭ１等が何らかの原因で故障し、スイッチングトランジスタＴｒ１のゲートに出力されるドライブ信号が一定電位となるとスイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作し、直流入力電圧Ｖｉがほぼ一定の電位であるので、接続点Ａの電圧Ｖｄも一定電位となり、比較回路の出力の極性は固定周期Ｔ内に反転しない。そこで、異常検知回路１５は、ドライブ回路４２の固定周期Ｔより長い２μｓｅｃに設定した検出期間に、比較回路の出力の極性が一度も反転しない場合に、能動状態での異常動作と判定し、通常は「Ｌ」レベルの出力を「Ｈ」レベルに転じてＲＳフリップフロップ回路１６のセット入力へ出力する。
【００６９】
ＲＳフリップフロップ回路１６は、「Ｌ」レベルのリセット信号が入力された後、異常検知回路１５からの「Ｈ」レベルのセット信号が入力されるまで、「Ｌ」レベルの出力信号を出力する。一方、スイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の動作と判定した「Ｈ」レベルのセット信号が異常検知回路１５から入力されると、次に「Ｌ」レベルのリセット信号が入力されるまで、「Ｈ」レベルの出力信号を出力する。
【００７０】
保護回路２２は、スイッチングトランジスタＴｒ１の正常動作と判定する「Ｌ」レベルの出力信号がＲＳフリップフロップ回路１６から出力されている間、通常動作モードで動作し、ドライブ回路２５は、スイッチングトランジスタＴｒ２のゲートへスイッチングトランジスタＴｒ２をオン制御する＋０Ｖのドライブ信号を連続して出力する。また、ＲＳフリップフロップ回路１６から、スイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の動作を検知したことを示す「Ｈ」レベルの出力信号が出力されると、保護回路２２は、保護動作モードで動作し、ドライブ回路２５は、パルス幅変調回路ＰＷＭ２から出力される被変調信号をもとに、スイッチングトランジスタＴｒ２をオン、オフ制御するドライブ信号をスイッチングトランジスタＴｒ２のゲートへ出力する。
【００７１】
保護回路２２が保護動作モードに移行すると、スイッチングトランジスタＴｒ２は、ドライブ回路２５から出力されるドライブ信号によりオン、オフ制御される。スイッチングトランジスタＴｒ２がオン制御されている間は、直流入力電源３０からインダクタＬ２に電流が流れ、コンデンサＣ２を充電するが、スイッチングトランジスタＴｒ１の高圧側の直流電圧となるコンデンサＣ２の充電電圧は、インダクタＬ２の自己誘導によって入力電圧Ｖｉを降下させた電圧となる。また、スイッチングトランジスタＴｒ２がオフ制御され、遮断状態で動作している間は、インダクタＬ２に蓄積された電気エネルギーがダイオードＤ２を通して環流する充電電流となって、コンデンサＣ２を充電し、スイッチングトランジスタＴｒ１の高圧側の直流電圧となるコンデンサＣ２の充電電圧を維持する。
【００７２】
スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作している間のスイッチングトランジスタＴｒ１の発熱量は、そのオン抵抗をｒ、接続点Ｂ２側のソースの電圧（コンデンサＣ２の充電電圧）と接続点Ａ側のドレインの電圧（出力電圧Ｖｏ）間の差電圧をＶｔｒとすれば、（Ｖｔｒ）２／ｒで表される。ここで、上述のように保護回路２２が保護動作モードで動作している間は、スイッチングトランジスタＴｒ１の接続点Ｂ２側のソースの電圧が、入力電圧Ｖｉに比べて充分に低い電圧に低下し、接続点Ａ側のドレインの出力電圧Ｖｏとの差電圧Ｖｔｒが低下するので発熱量は激減し、異常発熱の危険がなくなる。
【００７３】
また、上述のＲＳフリップフロップ回路１６の出力は、ドライブ回路２５の他に信号線１３を介して負荷装置であるＩｏＴ１０にも接続している。従って、異常検知回路１５がスイッチングトランジスタＴｒ１の能動状態の動作を検知すると、異常動作情報を表す「Ｈ」レベルの出力信号がＩｏＴ１０へ出力される。
【００７４】
ＲＳフリップフロップ回路１６の出力に接続するＩｏＴデバイス１０は、異常検知・保護制御部６からこの異常動作情報を表す「Ｈ」レベルの出力信号が入力されると、入力された異常動作情報を監視サーバー１１へ送信し、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作しているスイッチング電源回路２１の異常動作を監視サーバー１１へ通報し、監視サーバー１１は、ＩｏＴデバイス１０から異常動作情報を受信すると、付属のディスプレーやスピーカーを用いてそのＩｏＴデバイス１０の直流電源となるスイッチング電源回路２１の異常動作を使用者へ通報する。
【００７５】
その結果、スイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作していることが表示装置による表示等で使用者に伝達され、スイッチング電源回路２１の動作を安全に停止させた後に、故障箇所を修理し復旧させることができる。
【００７６】
尚、保護回路２２が保護動作モードで動作している間に、何らかの理由でスイッチングトランジスタＴｒ１を能動状態とする故障原因が解決し、スイッチングトランジスタＴｒ１がスイッチング動作を再開した場合には、異常検知回路１５が正常動作と判定してＲＳフリップフロップ回路１６へ「Ｌ」レベルのリセット信号を出力するので、保護回路２２は、スイッチングトランジスタＴｒ２を常時オン制御する通常動作モードに復帰し、直流電圧変換部１２は、正常動作に戻る。
【００７７】
同時に、フリップフロップ回路１６からスイッチングトランジスタＴｒ１の正常動作を表す「Ｌ」レベルの出力信号がＩｏＴデバイス１０を介して監視サーバー１１へ送信されるので、監視サーバー１１からスイッチング電源回路２１が正常動作に復帰したことが使用者に伝達される。
【００７８】
上述の各実施の形態では、負荷装置（ＩｏＴデバイス）１０と監視サーバー１１とがインターネットで接続されている例で説明したが、コンピュータネットワークで接続されていれば、ＬＡＮやＶＡＮ等のネットワークや互いに接続する複数のネットワークであってもよい。
【００７９】
また、コンピュータネットワークを介して監視サーバー１１に接続する複数の負荷装置１０の全てから異常動作情報を出力する必要はなく、ＩｏＴデバイス１０ｂのようにスイッチング電源回路から異常動作情報が入力されない負荷装置１０がコンピューターネットワークに接続されていてもよい。
【００８０】
また、スイッチング電源回路及び／又は異常検知回路は、負荷装置に内蔵されているものであってもよい。
【００８１】
また、上述の実施の形態では、ドライブ信号の異常によりスイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作する例で説明したが、スイッチングトランジスタＴｒ１自体の故障や回路素子間の接続異常など他の原因でスイッチングトランジスタＴｒ１が能動状態で動作する場合にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、スイッチング電源回路を直流電源とする負荷装置の動作をコンピューターネットワークを介して監視サーバが監視するシステムに適している。
【符号の説明】
【００８３】
１  電源異常通報システム
３  スイッチング電源回路
５  異常検知回路
６  異常検知・保護制御部
７  非常停止スイッチ
１０  負荷装置（ＩｏＴデバイス）
１１  監視サーバー
１２  直流電圧変換部
１５  異常検知回路
２０  第２実施の形態に係る電源異常通報システム
２１  スイッチング電源回路
２２  保護回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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