(57)【要約】【課題】電源装置の寿命を正確に常時自動監視する。【解決手段】電源装置の寿命が電解コンデンサの寿命に起因し、電解コンデンサの寿命が装置の出力電圧のリップル電圧の増大として現れることを利用して、電源装置の寿命を判定する。リップル電圧のうちノイズ成分が負荷に最も悪影響を及ぼすことから、リップル電圧のうちノイズ成分の増加率から寿命を判定する。  リップル電圧検出部１１は、電源装置の出力電圧に含まれるリップル電圧を常時検出し、このリップル電圧が設定レベルを越えたときに電源装置の寿命判定出力を得る。リップル電圧の検出はノイズ成分とする。帯域選択回路１２は、出力電圧に含まれるＡＣリップルノイズ、リップル、ノイズ、スイッチングリップル、ＡＣリップルのうち選択設定する。基準設定回路１３は、リップル電圧の増加検出の設定レベルを設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置の寿命を判定するための監視装置であって、
電源装置の出力電圧に含まれるリップル電圧を常時検出し、このリップル電圧が設定レベルを越えたときに電源装置の寿命と判定することを特徴とする電源装置の寿命監視装置。
【請求項２】
前記リップル電圧の検出は、リップル電圧のうち、ノイズが設定レベルを越えたときに電源装置の寿命判定出力を得ることを特徴とする請求項１に記載の電源装置の寿命監視装置。
【請求項３】
前記リップル電圧の検出は、ＡＣリップルノイズ、リップル、ノイズ、スイッチングリップル、ＡＣリップルのうち、検出するリップル電圧を選択設定可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置の寿命監視装置。
【請求項４】
前記リップル電圧の検出は、前記設定レベルを設定可能にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置の寿命監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変電所などライフラインに直結する社会インフラの保護監視制御システム用電源装置など、高い信頼性が要求される電源装置の寿命を判定するための監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所などライフラインに直結する社会インフラの保護監視制御システムには、２３年の設計寿命をしばしば求められる。
【０００３】
そのような保護監視制御システムに電源を供給する電源装置には、電解コンデンサの交換に代表されるメンテナンスの間隔期間を広くするようなニーズが大きい。
【０００４】
予防保全の関係から定期的な交換をするユーザの他に、他のインタロックを準備し、電源装置が壊れてから交換するユーザに大別されるが、後者についても電源装置の実寿命を予め実測することにより、定期的でなく壊れる寸前にメンテナンスしたいというニーズが高まりつつある。
【０００５】
現在、無停電電源装置に用いられる蓄電池やコンデンサに流れるリップル電流を測定し、このリップル電流値からコンデンサや蓄電池の劣化状況を監視するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
他に電解コンデンサの温度を計測し、マイコンにて寿命計算を繰り返す方式がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
なお、寿命監視対象となる電源装置には、直流電源と交流電源がある。直流電源にはその小型・軽量化を図るためスイッチング電源方式が多く採用され。また、交流電源には固定電圧・固定周波数のＣＶＣＦインバータで構成する無停電電源が多く採用される。
【特許文献１】特開平０９−１２１４７１号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の方式では、コンデンサ等に流れる電源基本周波数成分のリップル電流の計測のため、コンデンサや蓄電池単体の劣化判定になり、電源装置の寿命判定にはならない。
【０００９】
特許文献２のように、電解コンデンサの温度を計測し、マイコンにて寿命計算を繰り返す方式では、あくまでも計算値であって、実際の寿命との誤差が大きい。また、複雑で大掛かりな処理装置が必要となる。
【００１０】
現在、電源装置の寿命監視には、市販のリップルノイズメータを使い、所定の判定基準を準備してリップルノイズをマンパワーにて実測し、保守の要否を判定することが考えられるが、運用としては本格化していない。
【００１１】
本発明の目的は、電源装置の寿命監視に、自在性を有し、装置構成を複雑にすることなく、正確に常時自動監視ができる監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電源装置の寿命が装置内に使用される電解コンデンサの寿命として捉えることができ、装置に多く設けられる電解コンデンサのいずれかの寿命が電源装置の出力に含まれるリップル電圧の増大として現れることに着目し、電源装置の出力端のリップル電圧を検出して電源装置の寿命を判定し、さらに、リップル電圧のうちノイズ成分が負荷に最も悪影響を及ぼすことに着目し、電源装置の出力電圧に含まれるリップル電圧のうち、ノイズ成分が設定レベルを越えたか否かから寿命を判定することで、前記の課題を解決したもので、以下の構成を特徴とする。
【００１３】
（１）電源装置の寿命を判定するための監視装置であって、
電源装置の出力電圧に含まれるリップル電圧を常時検出し、このリップル電圧が設定レベルを越えたときに電源装置の寿命と判定することを特徴とする。
【００１４】
（２）前記リップル電圧の検出は、リップル電圧のうち、ノイズが設定レベルを越えたときに電源装置の寿命判定出力を得ることを特徴とする。
【００１５】
（３）前記リップル電圧の検出は、ＡＣリップルノイズ、リップル、ノイズ、スイッチングリップル、ＡＣリップルのうち、検出するリップル電圧を選択設定可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
（４）前記リップル電圧の検出は、前記設定レベルを設定可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のとおり、本発明によれば、電源装置の出力電圧に含まれるリップル電圧を基にして電源装置の寿命を判定し、さらに、リップル電圧のうち、ノイズ成分から寿命を判定するようにしたため、以下の効果がある。
【００１８】
（１）電源装置の多くの設けられる電解コンデンサの寿命が電源装置の出力電圧のリップル電圧として現れることを基にして電源装置の寿命を判定するため、寿命を確実に監視・判定ができる。これに伴い、電源寿命ぎりぎりまで使うことができ、ユーザの保守費用を軽減できる。
【００１９】
（２）寿命到を常時監視することによって、巡視費用を削減できる。
【００２０】
（３）実際のリップル増加を監視するため誤差が小さい。
【００２１】
（４）監視リップル波形の設定、増加量などの判定基準を設定をできることにより、負荷毎に、ユーザが自在に安全マージンを設定できる。
【００２２】
（５）リップル電圧のうち、ノイズ成分の増加から寿命を判定する場合には、コンピュータなどの重要な負荷の電源装置として信頼性を高めることができる。
【００２３】
（６）装置構成が複雑になることなく、安価になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態を示す監視装置の機能ブロック図である。図において、１〜６は保護監視制御システム用の電源装置の構成例を示し、スイッチング方式の電源装置で示す。
【００２５】
整流器などで構成する直流電源１の直流出力から、電解コンデンサなどで構成する入力平滑回路２でリップル等を除去する。高周波トランスと半導体スイッチで構成するスイッチング部３は、制御部４による半導体スイッチの高周波スイッチング制御によって所定電圧の高周波電力に変換出力する。フィルタ５は、スイッチング部３の出力からスイッチング周波数成分を除去する。出力平滑回路６は、フィルタ５を通した高周波電力を整流・平滑して直流電力に変換し、コンピュータなどの負荷７に所定電圧の直流電力を供給する。
【００２６】
このような電源装置において、その寿命は電解コンデンサの寿命として捉えることができる。すなわち、電源装置の使用部品の中で、アルミニウム電解コンデンサが最も寿命が短い部品である。その他の寿命のある部品には、絶縁材などの樹脂があるが、それらは２０〜３０年以上の寿命があり、一般的な電子機器を対象とした場合は、殆ど問題にならない。
【００２７】
したがって、本実施形態では、アルミニウム電解コンデンサの寿命を検出して電源装置の寿命と判定する。この電解コンデンサの寿命は静電容量が許容値を下回ったり（ドライアップ：電解コンデンサで使用している電解液の蒸発現象）、誘電正接（ｔａｎδ）が大きくなったり、漏れ電流が大きくなった状態を呈し、これら現象でリップル電圧の増大として現れるため、このリップル電圧を検出し、電解コンデンサの寿命、すなわち電源装置の寿命を判定する。
【００２８】
ここで、電源装置内でアルミニウム電解コンデンサが使用される回路部分は、主に入出力平滑回路２、６、内部補助電源回路、制御部４の位相補正回路などに設けられ、どの回路のコンデンサが寿命になったかで、電源に与える影響は異なる。
【００２９】
・入力平滑回路：リップル電圧大→電源停止
・出力平滑回路：リップル電圧大→矩形波状の出力電圧
・補助電源回路：制御動作が停止→電源停止
・制御回路の位相補正：補正不能→出力発振
本実施形態では、上記のいずれの回路に使用される電解コンデンサの劣化にも、出力平滑回路６の出力にリップル電圧の増大として現れること、および出力に含まれるリップル電圧が負荷の動作に最も大きく影響することに着目し、電源装置の出力電圧に含まれるリップル電圧が装置寿命を判定する。
【００３０】
図１において、１１〜１４は本実施形態による監視装置を示す。リップル検出部１１は、整流平滑回路６から負荷７に供給する直流出力に含まれるリップル電圧を検出し、このリップル電圧の監視で電源装置の寿命を判定する。
【００３１】
ここで、リップル電圧は、図２に示すようになり、下記５種類に大別できる。
【００３２】
（ａ）ＡＣリップルノイズ
（ｂ）リップル
（ｃ）ノイズ
（ｄ）スイッチングリップル
（ｅ）ＡＣリップル
このうち、リップル電圧の増大が、負荷７であるコンピュータなどに対して悪影響を及ぼすのは一般に、ノイズであることから、上記の（ｃ）ノイズの電圧増加率（または増加量）を予め設定しておき、これを越えた時点で寿命と判定するのが好ましい。
【００３３】
帯域選択回路１２は、リップル電圧検出部１１で検出する帯域を上記の５種類のリップル電圧のうち、検出しようとするリップルの帯域を選択・設定可能にする。この設定は、例えば帯域フィルタの回路定数を可変にし、（ｃ）ノイズの帯域に設定する。基準設定回路１３は、例えばリップル電圧検出部１１で検出するノイズ電圧の増加率を設定する。この設定は、例えば基準電圧の分圧回路の分圧比を可変にし、例えば５０％に設定可能にする。
【００３４】
リップル電圧検出部１１は、これら帯域選択回路１２と基準設定回路１３による設定の基に、ノイズ成分が設定される増加率を越えたか否かを検出する。判定出力部１４は、リップル電圧検出部１１に検出出力がなされたときに、電源装置の寿命判定出力を発生する。
【００３５】
リップル電圧検出部１１は、負荷７の電源ラインの電圧信号を狭帯域のフィルタを通すことで、例えば（ｃ）ノイズの電圧成分のみを抽出し、このノイズ電圧を増幅器で増幅し、この増幅した電圧をダイオードで整流およびコンデンサで平滑して直流電圧に変換し、この直流電圧が設定される増加率を越えるレベルに達したか否かを電圧比較回路で検出する構成で実現される。
【００３６】
以上までの監視装置は、スイッチング方式の電源装置の監視に適用する場合を示すが、無停電電源などの交流電源の監視に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態を示す監視装置の機能ブロック図。
【図２】リップル電圧の種類を説明する波形図。
【符号の説明】
【００３８】
１  直流電源
２  入力平滑回路
３  スイッチング部
４  制御部
５  フィルタ
６  出力平滑回路
７  負荷
１１  リップル電圧検出部
１２  帯域選択回路
１３  基準設定回路
１４  判定出力部
【図１】
2005172653.tif 000003
【図２】
2005172653.tif 000004