(57)【要約】【課題】確率共鳴現象を利用してヒューズの劣化を高精度に診断可能としたヒューズの劣化診断方法及び劣化診断装置を提供する。【解決手段】診断対象であるヒューズＦとコンデンサ１１との直列回路に診断パルス電圧を印加した時のコンデンサ１１の電圧にノイズを重畳させて第１診断信号を生成し、シュミットトリガ回路１４により第１診断信号を閾値と比較してパルス状の第２診断信号を得ると共に、第２診断信号を積分回路１５により積分した結果をコンパレータ１７により参照電圧と比較してリセット信号を生成し、このリセット信号によりリセットされた診断パルス電圧のパルス幅の中央値に基づいてヒューズＦの抵抗値の変化を検出することにより、ヒューズＦの劣化を診断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象であるヒューズとコンデンサとの直列回路に診断パルス電圧を印加した時の前記コンデンサの電圧にノイズを重畳させて第１診断信号を生成し、前記第１診断信号を閾値と比較してパルス状の第２診断信号を得ると共に、前記第２診断信号の積分結果を参照電圧と比較してリセット信号を生成し、前記リセット信号によりリセットされた前記診断パルス電圧のパルス幅を統計処理して前記ヒューズの抵抗値の変化を検出することにより、前記ヒューズの劣化を診断することを特徴とするヒューズの劣化診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載したヒューズの劣化診断方法において、
前記ノイズは、ノイズ生成手段により生成される白色雑音であること、またはＭ系列であることを特徴とするヒューズの劣化診断方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載したヒューズの劣化診断方法において、
前記統計処理が、前記診断パルス電圧のパルス幅の中央値を求める処理であり、前記中央値の変化に基づいて前記ヒューズの抵抗値の変化を検出することを特徴とするヒューズの劣化診断方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載したヒューズの劣化診断方法において、
前記診断パルス電圧の振幅が前記閾値とほぼ等しいことを特徴とするヒューズの劣化診断方法。
【請求項５】
診断対象であるヒューズとコンデンサとの直列回路に印加するための診断パルス電圧を生成する診断パルス生成手段と、
前記診断パルス電圧を前記直列回路に印加した時の前記コンデンサの電圧にノイズを重畳して第１診断信号を生成する第１診断信号生成手段と、
前記第１診断信号を閾値と比較してパルス状の第２診断信号を生成する第２診断信号生成手段と、
前記第２診断信号を積分して第３診断信号を生成する第３診断信号生成手段と、
前記第３診断信号を参照電圧と比較してリセット信号を生成するリセット信号生成手段と、
前記リセット信号によりリセットされた前記診断パルス電圧のパルス幅を測定するパルス幅測定手段と、
前記パルス幅測定手段により測定したパルス幅を統計処理し、その結果に基づいて前記ヒューズの抵抗値の変化を検出して前記ヒューズの劣化を診断する統計処理手段と、
を備えたことを特徴とするヒューズの劣化診断装置。
【請求項６】
請求項５に記載したヒューズの劣化診断装置において、
前記ノイズを生成するためのノイズ生成手段を更に備え、
前記ノイズは白色雑音であること、またはＭ系列であることを特徴とするヒューズの劣化診断装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載したヒューズの劣化診断装置において、
前記統計処理手段は、前記パルス幅測定手段により測定したパルス幅の中央値を求め、当該中央値の変化に基づいて前記ヒューズの抵抗値の変化を検出することを特徴とするヒューズの劣化診断装置。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか１項に記載したヒューズの劣化診断装置において、
前記第２診断信号生成手段をシュミットトリガ回路により構成し、前記閾値を前記シュミットトリガ回路の高電位側閾値としたことを特徴とするヒューズの劣化診断装置。
【請求項９】
請求項５〜８の何れか１項に記載したヒューズの劣化診断装置において、
前記診断パルス生成手段は、
所定周期でトリガパルスを発生する発振器と、
前記トリガパルスがセット端子に入力され、かつ、前記リセット信号がリセット端子に入力されるＲＳフリップフロップと、
前記トリガパルスと前記ＲＳフリップフロップの出力パルスとが入力されて前記診断パルス電圧を出力するＯＲゲートと、
を備えたことを特徴とするヒューズの劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューズの電気抵抗値の増加に基づいてヒューズの劣化状態を診断する劣化診断方法及び劣化診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒューズにジュール熱が繰り返し発生すると、ヒューズの酸化や半田部の金属疲労が生じ、電気抵抗値が増加する。このようなヒューズの劣化が進行して寿命に達すると、ヒューズはやがて断線に至る。
【０００３】
ヒューズの劣化診断、寿命診断を行う従来技術としては、以下のようなものが知られている。
例えば、特許文献１には、ヒューズに流れる電流及び抵抗値を用いてヒューズ損失を求め、このヒューズ損失とヒューズ熱抵抗等を用いてヒューズの温度を推定すると共に、その温度推定値の時系列変化から温度リップルの発生回数をカウントし、そのカウント値が設定回数に達した時にヒューズの交換時期（寿命）が到来したと推定する寿命推定装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、高融点金属基材に低融点金属を積層した溶断部を有するヒューズを対象として、ヒューズに流れる電流から単位時間経過時の溶断部の温度を推定し、その温度推定値と単位時間経過時の合金化進行度との相関を示すデータを用いて全使用時間にわたる総合金化進行度を算出し、この総合金化進行度に基づいてヒューズの劣化を診断する劣化診断装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４３８６０号公報（段落［００１０］〜［００３４］、図１，図２等）
【特許文献２】特開２０１６−１４３５９７号公報（段落［００２４］〜［００５１］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来技術は、何れもヒューズの温度履歴に着目して寿命や劣化を診断するものである。しかし、これらの従来技術は、ヒューズの温度に基づいて抵抗値の増加すなわちヒューズの劣化を推定しており、ヒューズの抵抗値の増加を検出するものではないため、劣化診断精度が不十分であり、ヒューズの製造ばらつきへの対策としても万全なものではなかった。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、検出感度を向上させる現象の一つとしての、いわゆる確率共鳴現象を利用してヒューズの劣化を高精度に診断可能としたヒューズの劣化診断方法及び劣化診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係るヒューズの劣化診断方法は、診断対象であるヒューズとコンデンサとの直列回路に診断パルス電圧を印加した時の前記コンデンサの電圧にノイズを重畳させて第１診断信号を生成し、前記第１診断信号を閾値と比較してパルス状の第２診断信号を得ると共に、前記第２診断信号の積分結果を参照電圧と比較してリセット信号を生成し、前記リセット信号によりリセットされた前記診断パルス電圧のパルス幅を統計処理して前記ヒューズの抵抗値の変化を検出することにより、前記ヒューズの劣化を診断することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係るヒューズの劣化診断方法は、請求項１に記載したヒューズの劣化診断方法において、前記ノイズは、ノイズ生成手段により生成される白色雑音であること、またはＭ系列であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係るヒューズの劣化診断方法は、請求項１または２に記載したヒューズの劣化診断方法において、前記統計処理が、前記診断パルス電圧のパルス幅の中央値を求める処理であり、前記中央値の変化に基づいて前記ヒューズの抵抗値の変化を検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係るヒューズの劣化診断方法は、請求項１〜３の何れか１項に記載したヒューズの劣化診断方法において、前記診断パルス電圧の振幅が前記閾値とほぼ等しいことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係るヒューズの劣化診断装置は、診断対象であるヒューズとコンデンサとの直列回路に印加するための診断パルス電圧を生成する診断パルス生成手段と、
前記診断パルス電圧を前記直列回路に印加した時の前記コンデンサの電圧にノイズを重畳して第１診断信号を生成する第１診断信号生成手段と、
前記第１診断信号を閾値と比較してパルス状の第２診断信号を生成する第２診断信号生成手段と、
前記第２診断信号を積分して第３診断信号を生成する第３診断信号生成手段と、
前記第３診断信号を参照電圧と比較してリセット信号を生成するリセット信号生成手段と、
前記リセット信号によりリセットされた前記診断パルス電圧のパルス幅を測定するパルス幅測定手段と、
前記パルス幅測定手段により測定したパルス幅を統計処理し、その結果に基づいて前記ヒューズの抵抗値の変化を検出して前記ヒューズの劣化を診断する統計処理手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係るヒューズの劣化診断装置は、請求項５に記載したヒューズの劣化診断装置において、前記ノイズを生成するためのノイズ生成手段を更に備え、前記ノイズは白色雑音であること、またはＭ系列であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係るヒューズの劣化診断装置は、請求項５または６に記載したヒューズの劣化診断装置において、前記統計処理手段は、前記パルス幅測定手段により測定したパルス幅の中央値を求め、当該中央値の変化に基づいて前記ヒューズの抵抗値の変化を検出することを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係るヒューズの劣化診断装置は、請求項５〜７の何れか１項に記載したヒューズの劣化診断装置において、前記第２診断信号生成手段をシュミットトリガ回路により構成し、前記閾値を前記シュミットトリガ回路の高電位側閾値としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係るヒューズの劣化診断装置は、請求項５〜８の何れか１項に記載したヒューズの劣化診断装置において、前記診断パルス生成手段は、所定周期でトリガパルスを発生する発振器と、前記トリガパルスがセット端子に入力され、かつ、前記リセット信号がリセット端子に入力されるＲＳフリップフロップと、前記トリガパルスと前記ＲＳフリップフロップの出力パルスとが入力されて前記診断パルス電圧を出力するＯＲゲートと、を備えたことを特徴とする
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、診断パルス電圧のパルス幅に基づいてヒューズの抵抗値の増加を検出することが可能であるため、ヒューズの温度履歴から抵抗値の増加を推定する従来技術に比べて、一層高精度にヒューズの劣化や製造ばらつきを診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の動作を示す各部の概念的な波形図である。
【図３】本発明の実施形態におけるシミュレーション結果を示す各部の波形図である。
【図４】図３のシミュレーション結果に基づくＯＲゲートの出力パルス幅を示すヒストグラムである。
【図５】図３のシミュレーション結果に基づくＯＲゲートの出力パルス幅を、ヒューズ抵抗値に応じて示した波形図である。
【図６】本発明の実施形態におけるシミュレーション結果を示す各部の波形図である。
【図７】図６のシミュレーション結果に基づくＯＲゲートの出力パルス幅を示すヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る劣化診断装置のブロック図である。
図１において、劣化診断の対象であるヒューズＦの一端は、後述するディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３０内のパルス幅測定手段３１に接続され、ヒューズＦの他端はコンデンサ１１を介して接地されている。コンデンサ１１の電圧には、加算器１３によりノイズ発生源１２から出力されるノイズが重畳され、加算器１３の出力はシュミットトリガ回路１４に加えられている。
【００２０】
ここで、コンデンサ１１、ノイズ発生源１２及び加算器１３は請求項における第１診断信号生成手段を構成し、加算器１３の出力は第１診断信号に相当する。
また、シュミットトリガ回路１４は請求項における第２診断信号生成手段を構成し、シュミットトリガ回路１４の出力は第２診断信号に相当する。
【００２１】
シュミットトリガ回路１４の出力側にはローパスフィルタ等からなる積分回路１５が接続され、積分回路１５の出力はコンパレータ１７の正入力端子に加えられている。また、コンパレータ１７の負入力端子には参照電圧１６が入力されている。
コンパレータ１７の出力はＲＳフリップフロップ（ＲＳ−ＦＦ）１９のリセット端子Ｒに加えられ、ＲＳ−ＦＦ１９のセット端子Ｓには、発振器１８から、デューティ比の小さい所定周波数のトリガパルスが入力されている。
【００２２】
発振器１８から出力されたトリガパルスとＲＳ−ＦＦ１９の出力とはＯＲゲート２０に入力されており、ＯＲゲート２０の出力端子は、前記ヒューズＦとＤＳＰ３０内のパルス幅測定手段３１とに接続されている。
【００２３】
ここで、積分回路１５は請求項における第３診断信号生成手段を構成し、積分回路１５の出力は第３診断信号に相当する。コンパレータ１７は請求項におけるリセット信号生成手段を構成し、コンパレータ１７の出力はリセット信号に相当する。
更に、発振器１８、ＲＳ−ＦＦ１９及びＯＲゲート２０は請求項における診断パルス生成手段を構成し、ＯＲゲート２０の出力パルスは診断パルス電圧に相当している。
【００２４】
ＤＳＰ３０内のパルス幅測定手段３１は、ＯＲゲート２０から出力されるパルスのパルス幅を測定し、統計処理手段３２は、測定されたパルス幅の中央値を算出する。ここで、統計処理手段３２は、上記パルス幅の中央値以外の統計指標（例えば、分散など）を求めても良い。
【００２５】
次に、この実施形態の動作を、図２の概念的な波形図を参照しつつ説明する。
まず、発振器１８によるトリガパルスのデューティ比を０．１程度に小さく設定して動作させる（図２（ｆ））。このトリガパルスが「Ｈｉｇｈ」レベルになるとＲＳ−ＦＦ１９の出力は「Ｈｉｇｈ」レベルにラッチされてＯＲゲート２０の出力パルスも「Ｈｉｇｈ」レベルになり、この出力パルスは診断パルス電圧としてヒューズＦに印加される（図２（ｅ））。
これにより、ヒューズＦの出力側に接続されたコンデンサ１１の電圧は、ヒューズＦの抵抗値とコンデンサ１１の容量とによって決まる時定数で徐々に増加していく。
【００２６】
コンデンサ１１の電圧には、加算器１３においてノイズ発生源１２からのノイズが重畳されているので、シュミットトリガ回路１４には、コンデンサ１１の充電波形にノイズが重畳された波形の電圧が入力される（図２（ｄ））。ここで、シュミットトリガ回路１４の高電位側閾値は、ＯＲゲート２０の出力電圧（診断パルス電圧）の振幅とほぼ同じレベルに設定されている。
【００２７】
シュミットトリガ回路１４の入力電圧にはノイズが重畳されているため、この入力電圧のレベルがシュミットトリガ回路１４の高電位側閾値に近付くにつれて、シュミットトリガ回路１４の出力電圧は、いわゆる確率共鳴現象によって確率的に「Ｈｉｇｈ」レベル側に遷移する（図２（ｃ））。
周知のように、確率共鳴現象は、信号にノイズを加えることにより、ある確率のもとで信号が強まって観測可能になる現象である。なお、確率共鳴現象を利用した従来技術としては、例えば、国際公開第２０１１／０６５５００号に係る信号再生装置が知られている。
【００２８】
シュミットトリガ回路１４の出力を積分回路１５により積分すると、その出力電圧は、確率的に徐々に上昇していく（図２（ｂ））。そして、積分回路１５の出力電圧が参照電圧１６を超えると、コンパレータ１７からは「Ｈｉｇｈ」レベルのリセット信号が出力され（図２（ａ））、ＲＳ−ＦＦ１９がリセットされてＯＲゲート２０の出力は「Ｌｏｗ」レベルに遷移する（図２（ｅ））。
以上の動作は、発振器１８から出力されるトリガパルスの周期に従って繰り返される。
【００２９】
ＯＲゲート２０の出力パルス幅は、ノイズに応じたばらつきを有し、ヒューズＦの抵抗値に応じて出力パルス幅の中央値が変化する。このため、ＯＲゲート２０の出力パルス幅をＤＳＰ３０内のパルス幅測定手段３１により測定すると共に、統計処理手段３２により、例えばパルス幅の中央値を算出してその変化を観察することで、ヒューズＦの抵抗値の変化、ひいては抵抗値の増加によるヒューズＦの劣化を高精度に診断することができる。
【００３０】
次に、この実施形態の効果を確認するためのシミュレーションの内容及び結果について説明する。
まず、シミュレーションに用いた各種のパラメータは以下の通りである。なお、シミュレーションでは白色雑音を用いたが、その他、Ｍ系列雑音でも実施形態の効果を奏する。
・発振器１８の発振周波数：１[ｋＨｚ／デューティ比０．１]
・劣化診断用時定数：３００[μｓ]
・ヒューズＦの初期抵抗値：１０[ｍΩ]
・コンデンサ１１の容量：３０[ｍＦ] 
・ノイズ（白色雑音）：最大振幅３０[ｍＶ]
・シュミットトリガ回路１４の高電位側閾値：５００[ｍＶ]（ヒステリシス幅２３[ｍＶ]）
・積分回路１５の時定数：２．２[ｍｓ] または４７[ｎｓ]（発振器１８の発振周期である１[ｍｓ]以内に参照電圧１６に到達するように設定）
・参照電圧１６：５００[ｍＶ]
【００３１】
更に、ヒューズＦの抵抗値の判定方法としては、ＤＳＰ３０のパルス幅測定手段３１に入力されるパルスが「Ｈｉｇｈ」レベルである期間の中央値が１０[μｓ]増加したことを検出した場合に、ヒューズＦの抵抗値が１[％]増加したと判定する。
【００３２】
上記の条件のもとで、積分回路１５の時定数を二通り（２．２[ｍｓ]，４７[ｎｓ]）に設定した場合のシミュレーション結果を以下に説明する。
【００３３】
図３は、積分回路１５の時定数を２．２[ｍｓ]に設定した時のシミュレーション結果を示す各部の波形図である。
また、図４は、新品のヒューズと、劣化により抵抗値が１[％]増加したヒューズとのそれぞれについて、ＯＲゲート２０の出力パルスを３０００回サンプリングした時のパルス幅を示すヒストグラムである。図４によれば、ヒューズ抵抗値の１[％]の変化に対するパルス幅中央値の変化幅は、１０[μｓ]となっている。
更に、図５は、ヒューズ抵抗値を１０．０[ｍΩ]から１１．８[ｍΩ]までΔＲ＝０．２[ｍΩ]刻みで変化させた場合のパルス幅を示すヒストグラムである。
【００３４】
一方、図６は、積分回路１５の時定数を４７[ｎｓ]に設定した時のシミュレーション結果を示す各部の波形図であり、前述した図２は、この図６を概念的に示した図に相当する。
また、図７は、積分回路１５の時定数を４７[ｎｓ]に設定して、図４と同様の条件で求めたヒストグラムである。図７によれば、ヒューズ抵抗値の１[％]の変化に対するパルス幅中央値の変化幅は４[μｓ]となっている。
【００３５】
図４及び図７から判るように、積分回路１５の時定数に関わらず、ＯＲゲート２０の出力パルス幅の中央値とヒューズ抵抗値との間には有意な相関関係がある。
特に、時定数が大きい図４の場合には、ヒューズ抵抗値の１[％]に対応する出力パルス幅中央値の変化幅が図７に比べて２倍以上となっており、図５に示したごとく、統計処理によってＯＲゲート２０の出力パルス幅の中央値を求めれば、ヒューズ抵抗値の増加、すなわちヒューズＦの劣化診断や寿命診断を精度良く行うことが可能である。
また、ヒューズＦの製造時において、個々に抵抗値を確認してそのばらつきを検査することにより、品質管理に利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、電流ヒューズまたは温度ヒューズの、劣化診断や寿命診断、製造時における抵抗値のばらつき検査等に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
Ｆ：ヒューズ
１１：コンデンサ 
１２：ノイズ発生源
１３：加算器
１４：シュミットトリガ回路（第２診断信号生成手段）
１５：積分回路（第３診断信号生成手段）
１６：参照電圧
１７：コンパレータ（リセット信号生成手段）
１８：発振器
１９：ＲＳフリップフロップ（ＲＳ−ＦＦ）
２０：ＯＲゲート
３０：ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
３１：パルス幅測定手段
３２：統計処理手段
【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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【図７】
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