(57)【要約】【課題】  電源装置の挙動の変化から、平滑用電解コンデンサ（従って、電源装置）の寿命を検知する。【解決手段】  本発明は、電源出力をモニタしてスイッチング制御信号を形成するスイッチング制御部と、上記スイッチング制御信号に応じてオンオフ動作するスイッチング素子と、自己の充電電圧を上記電源出力とする平滑用電解コンデンサとを少なくとも有する電源装置に関する。そして、スイッチング制御信号の周波数を測定する周波数測定部と、測定された周波数を、予め設定されている閾値と比較する比較部と、測定された周波数が閾値を超えたときに、平滑用電解コンデンサの寿命到来を通知する寿命通知部とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
2013038847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源出力をモニタしてスイッチング制御信号を形成するスイッチング制御部と、上記スイッチング制御信号に応じてオンオフ動作するスイッチング素子と、自己の充電電圧を上記電源出力とする平滑用電解コンデンサとを少なくとも有する電源装置において、
上記スイッチング制御信号の周波数を測定する周波数測定部と、
測定された周波数を、予め設定されている第１閾値と比較する第１比較部と、
測定された周波数が上記第１閾値を超えたときに、上記平滑用電解コンデンサの寿命到来を通知する寿命通知部と
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
測定された周波数を、予め設定されている第２閾値と比較する第２比較部と、
測定された周波数が上記第２閾値を超えたときに、上記平滑用電解コンデンサの寿命到来まで所定の猶予期間になったことを通知する寿命猶予通知部とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
上記スイッチング制御部は、上記電源出力が下限値に達したときに上記スイッチング素子をオンさせ、上記電源出力が上限値に達したときに上記スイッチング素子をオフさせるヒステレティック制御方式に従って、上記スイッチング制御信号を形成するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
上記平滑用電解コンデンサがアルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項５】
電源出力をモニタしてスイッチング制御信号を形成するスイッチング制御部と、上記スイッチング制御信号に応じてオンオフ動作するスイッチング素子と、自己の充電電圧を上記電源出力とする平滑用電解コンデンサとを少なくとも有する電源装置の上記平滑用電解コンデンサの寿命到来を検知する寿命検知装置において、
上記スイッチング制御信号の周波数を測定する周波数測定部と、
測定された周波数を、予め設定されている第１閾値と比較する第１比較部と、
測定された周波数が上記第１閾値を超えたときに、上記平滑用電解コンデンサの寿命到来を通知する寿命通知部と
を有することを特徴とする寿命検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源装置及び寿命検知装置に関し、例えば、電源平滑用にアルミ電解コンデンサを適用しているヒステレティック制御方式の電源装置に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にスイッチング電源が劣化故障する場合、その回路に含まれている部品の中で、寿命が一番短い電解コンデンサの寿命による原因が多い。この電解コンデンサの寿命が把握できない場合には、電解コンデンサが劣化してリプルの増加によって負荷へ悪影響を及ぼしたり、また、交換時期が遅れると、コンデンサの破裂、破損を招来して負荷が誤動作し、システムがダウンしたりするなど、大きな被害が生じる恐れがある。
【０００３】
このような不都合を回避するため、特許文献１では、電源コンデンサの寿命を検知する方法が提案されている。特許文献１の記載方法は、電源装置における平滑用の電解コンデンサの他に、寿命検知用の電解コンデンサを設け、寿命検知用の電解コンデンサの充放電速度を観測し、寿命検知用の電解コンデンサの充放電速度の変化に基づいて平滑用の電解コンデンサの寿命を検知（予知）するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３１２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の記載方法は、寿命検知用の電解コンデンサの劣化度合い（寿命）を検知しているものであって、電源装置における平滑用の電解コンデンサの劣化度合いを検知しているものではない。すなわち、平滑用の電解コンデンサを有する電源装置の挙動から電源装置の寿命を検知しておらず、実際に電源装置が寿命に到達したのかを必ずしも判定することができない。
【０００６】
そのため、電源装置の挙動の変化から、平滑用電解コンデンサ（従って、電源装置）の寿命を検知する寿命検知装置や、そのような寿命検知装置を有する電源装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、電源出力をモニタしてスイッチング制御信号を形成するスイッチング制御部と、上記スイッチング制御信号に応じてオンオフ動作するスイッチング素子と、自己の充電電圧を上記電源出力とする平滑用電解コンデンサとを少なくとも有する電源装置において、（１）上記スイッチング制御信号の周波数を測定する周波数測定部と、（２）測定された周波数を、予め設定されている第１閾値と比較する第１比較部と、（３）測定された周波数が上記第１閾値を超えたときに、上記平滑用電解コンデンサの寿命到来を通知する寿命通知部とを有することを特徴とする。
【０００８】
第２の本発明は、電源出力をモニタしてスイッチング制御信号を形成するスイッチング制御部と、上記スイッチング制御信号に応じてオンオフ動作するスイッチング素子と、自己の充電電圧を上記電源出力とする平滑用電解コンデンサとを少なくとも有する電源装置の上記平滑用電解コンデンサの寿命到来を検知する寿命検知装置において、（１）上記スイッチング制御信号の周波数を測定する周波数測定部と、（２）測定された周波数を、予め設定されている第１閾値と比較する第１比較部と、（３）測定された周波数が上記第１閾値を超えたときに、上記平滑用電解コンデンサの寿命到来を通知する寿命通知部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スイッチング制御信号の周波数という、電源装置の挙動によって変化するパラメータに基づいて、平滑用電解コンデンサの寿命到来を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による電源装置及び寿命検知装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態に係る電源装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００１２】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係る電源装置１は、電源装置本体１０と、寿命検知装置２０とでなる。
【００１３】
電源装置本体１０は、既存の電源装置と同様な構成を有するものである。図１では、スイッチング素子Ｑと、ダイオードＤと、インダクタＬと、電解コンデンサＣと、出力電圧モニタ回路１１と、スイッチング制御部１２とで構成されている電源装置本体１０を示している。
【００１４】
電源入力端子及び接地間には、スイッチング素子ＱとダイオードＤとの直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑは、スイッチング制御デバイス１２の制御下でオン、オフ動作し、電源入力端子に印加されている第１の直流電圧を断続的に内部に印加させるものである。例えば、スイッチング素子Ｑとしてｐ形トランジスタを適用する場合には、エミッタが電源入力端子に接続され、コレクタが整流用として設けられているダイオードＤのカソードに接続されている。また例えば、スイッチング素子ＱとしてＦＥＴを適用する場合には、ソースが電源入力端子に接続され、ドレインが整流用として設けられているダイオードＤのカソードに接続されている。ダイオードＤのアノードが接地されている。
【００１５】
インダクタＬ及び電解コンデンサＣは平滑回路を構成している。インダクタＬの一端は、スイッチング素子ＱとダイオードＤとの接続点に接続され、インダクタＬの他端は、電解コンデンサＣの一端に接続されている。電解コンデンサＣの他端は接地されている。ダイオードＤのカソードに現れる整流出力は平滑回路によって平滑される。電解コンデンサＣは、その種類は限定されないが、例えば、小形、大容量のアルミ電解コンデンサを適用できる。
【００１６】
インダクタＬと電解コンデンサＣとの接続点が、当該電源装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１の電源出力端子に出力されている。電源出力端子から出力される出力電圧（第２の直流電圧）をモニタするために、出力電圧モニタ回路１１が設けられている。出力電圧モニタ回路１１は、電源出力端子と接地との間に直列に接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２でなる。出力電圧を、抵抗Ｒ１及びＲ２で分圧した電圧が、モニタ電圧としてスイッチング制御部１２に入力されるようになされている。
【００１７】
スイッチング制御部１２の出力制御端子は、スイッチング素子Ｑのベースに接続されている。スイッチング制御部１２は、当該電源装置１からの出力電圧が所定電圧となるようにスイッチング素子Ｑのオン、オフを制御するものである。スイッチング制御部１２は、例えば、ヒステレティック制御方式に従ってオンオフ制御信号を生成する。すなわち、スイッチング制御部１２は、出力電圧が下限設定値になるとスイッチング素子Ｑをオンさせ、一方、出力電圧が上限設定値になるとスイッチング素子Ｑをオフさせるようなスイッチング制御信号を生成する。
【００１８】
既存の電源装置と同様な構成を有する電源装置本体１０に追加された寿命検知装置２０は、周波数測定回路２１、比較回路２２及び寿命通知部２３を有する。
【００１９】
周波数測定回路２１には、スイッチング制御部１２からスイッチング素子Ｑに与えられるスイッチング制御信号が入力され、周波数測定回路２１は、スイッチング制御信号の周波数（＝スイッチング周波数）を測定する。スイッチング制御部１２がヒステレティック制御方式を適用している場合、電解コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗）の値によりスイッチング周波数が変化する。一般的に、電解コンデンサ（例えば、アルミ電解コンデンサ）Ｃは寿命が近くなると、そのＥＳＲ値が大きくなって（＝コンデンサ容量値が少なくなって）、充放電の時定数が短くなり、スイッチング周波数が高くなる。逆に言えば、スイッチング周波数が高くなることによって、当該電源装置１の寿命を捉えることができる。そのため、この第１の実施形態では、周波数測定回路２１がスイッチング周波数を測定する。
【００２０】
周波数測定回路２１の具体的構成としては既存のいかなる構成を適用しても良い。例えば、所定周期のクロックによって、スイッチング制御信号をサンプリングして、「Ｈ」、「Ｌ」の２値系列に変換し、「Ｈ」をとっている連続期間と「Ｌ」をとっている連続期間とに基づいてスイッチング周波数を算出するようにしても良い。また例えば、ＦＦＴ分析回路を適用し、分析結果のレベルが最も大きい周波数成分を測定周波数とするようにしても良い。さらに例えば、所定時間毎に、スイッチング制御信号の立上りエッジ数（や０クロス数）を計数し、その計数値を、スイッチング周波数を表す情報として用いるようにしても良い。
【００２１】
周波数測定回路２１は、常時測定を行うものであっても良く、また、定期的に測定を行うものであっても良く、さらに、当該電源装置１を搭載している装置の電源オン時など、所定のルール下で測定を行うものであっても良い。
【００２２】
比較回路２２は、周波数測定回路２１が測定したスイッチング周波数を、予め設定されている閾値と比較するものである。ここで、閾値は、当該電源装置１の寿命か否かを切り分けることができる値に選定されている。当該電源装置１の負荷の軽重によってもスイッチング周波数は変化するが、当該電源装置１の定格で接続し得る負荷の特性が定まっており、負荷の軽重によるスイッチング周波数の変化範囲も概ね一定の範囲である。そのため、重負荷によるスイッチング周波数と寿命によるスイッチング周波数とは弁別可能な程度に異なっている。このような点に鑑み、閾値が選定されている。
【００２３】
寿命通知部２３は、比較回路２２の比較結果がスイッチング周波数が閾値を超えているという結果のときに、寿命を、当該電源装置１を搭載している装置のユーザに通知するものである。例えば、寿命通知部２３として発光素子（ＬＥＤ）を適用でき、比較回路２２の比較結果がスイッチング周波数が閾値を超えているという結果のときに点灯して、寿命になったことをユーザに通知する。また例えば、当該電源装置１を搭載している装置がパソコンやスマートフォンなどの情報処理装置であれば、比較回路２２の比較結果がスイッチング周波数が閾値を超えているという結果のときに、割込みにより、所定の処理プログラムを起動してディスプレイによる画面表示によって、寿命になったことをユーザに通知する。
【００２４】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
第１の実施形態に係る電源装置１の電源装置本体１０の動作は、既存のものと同様であるので、その説明は省略する。
【００２５】
寿命検知装置２０の周波数測定回路２１は、測定タイミングになると測定動作を開始する。スイッチング制御部１２から出力されたスイッチング制御信号の周波数（＝スイッチング周波数）は、周波数測定回路２１によって測定されて比較回路２２に与えられ、比較回路２２によって閾値と比較される。測定されたスイッチング周波数が閾値を超えていると、寿命通知部２３によって、寿命に達したことが、当該電源装置１を搭載している装置のユーザに通知される。
【００２６】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御信号の周波数を測定し、その測定周波数を閾値と比較して、寿命到達を判定（検知）するようにしたので、正しく寿命到達の有無を判定することができる。すなわち、電源装置１（電源装置本体１０）の挙動から、電解コンデンサＣが寿命に到達したかどうかを検知するので、検知精度を高くすることができる。
【００２７】
（Ｂ）第２の実施形態）
次に、本発明による電源装置及び寿命検知装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図２は、第２の実施形態に係る電源装置の概略構成を示すブロック図であり、上述した図１との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
【００２８】
図２において、第２の実施形態に係る電源装置１Ａは、電源装置本体１０と、寿命検知装置２０Ａとでなる。電源装置本体１０は、第１の実施形態で説明したものと同様なものである。
【００２９】
第２の実施形態の寿命検知装置２０Ａは、比較回路２２及び寿命通知部２３に加え、Ｎ（Ｎは１以上の整数）組の比較回路２２−１〜２２−Ｎ及び寿命猶予通知部２３−１〜２３−Ｎを有する。
【００３０】
比較回路２２−１〜２２−Ｎもそれぞれ、比較回路２２と同様に、測定されたスイッチング周波数を閾値と比較するものであるが、比較される閾値が各比較回路２２−１〜２２−Ｎで異なっている。例えば、容量値毎（ＥＳＲ値毎）にスイッチング周波数を予め測定し、各比較回路２２−１〜２２−Ｎの閾値を用意しておく。
【００３１】
電解コンデンサＣが寿命に向かい、徐々に容量値を下げていく。下げ始めた直後では、比較回路２２−１だけが「Ｈ」の比較結果を出力する。このことは、寿命到達までの猶予期間がかなり長いことを意味する。さらに、容量値が下がると、比較回路２２−１及び２２−２が「Ｈ」の比較結果を出力する。このことは、寿命到達までの猶予期間が１段階短くなったことを意味する。以下同様に、「Ｈ」の比較結果を出力する比較回路が増えるほど、寿命到達までの猶予期間が短くなったことを意味し、比較回路２２も「Ｈ」の比較結果を出力すると寿命に到達したことを意味する。
【００３２】
ユーザは、各比較回路２２−１〜２２−Ｎ、２２のそれぞれに対応する寿命猶予通知部２３−１〜２３−Ｎや寿命通知部２３の通知内容により、寿命到達までの猶予期間や寿命到達を認識することができる。
【００３３】
第２の実施形態によれば、電源装置１Ａ（電源装置本体１０）の挙動から、電解コンデンサＣが寿命に到達したかどうかを検知できるだけでなく、寿命到達までの猶予期間を検知することができる。
【００３４】
（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態を説明したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００３５】
上記第２の実施形態では、複数の比較回路２２−１〜２２−Ｎ、２２を備えたものを示したが、閾値を切り替える（選択する）ことができる１つの比較回路で、第２の実施形態と同様な機能を果たすようにしても良い。例えば、ある閾値を用いた比較で「Ｈ」という比較結果が得られたときには、閾値を今までの閾値から１段階だけ大きい閾値に切り替えるようにすれば良い。
【００３６】
また、上記第２の実施形態では、通知部２３−１〜２３−Ｎ、２３を備えるものを示したが、一つの通知部で複数の通知内容に対応できるようにしても良い。例えば、当該電源装置１Ａを搭載している装置がパソコンやスマートフォンなどの情報処理装置であれば、いずれかの比較回路からの「Ｈ」の比較結果により、所定の処理プログラムを起動してディスプレイによる画面表示によって、寿命到達や猶予期間をユーザに通知するようにしても良い。
【００３７】
上記周波数測定回路や比較回路の全体や一部を、ＣＰＵが実行するソフトウェア処理によって実現するようにしても良い。
【００３８】
本発明が適用できる電源装置本体１０の構成は図示のものに限定されるものではない。要は、スイッチング制御部からスイッチング制御信号が与えられるスイッチング素子を有し、平滑用の電解コンデンサを有し、スイッチング制御部として、電解コンデンサの寿命によってスイッチング制御信号の周波数が変化するスイッチング制御方式を採用している電源装置であれば、本発明を適用することができる。例えば、スイッチング制御部からのスイッチング制御信号がパルス密度信号（ＰＤＭ）になっている場合であれば、電解コンデンサの寿命によってスイッチング制御信号の周波数が変化する。
【００３９】
上記要件を満たすのであれば、本発明の電源装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータに限定されず、ＡＣ−ＤＣコンバータに本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ…電源装置、１０…電源装置本体、１２…スイッチング制御部、２０、２０Ａ…寿命検知装置、２１…周波数測定回路、２２、２２−１〜２２−Ｎ…比較回路、２３…寿命通知部、２３−１〜２３−Ｎ…寿命猶予通知部、Ｑ…スイッチング素子、Ｃ…電解コンデンサ。
【図１】
2013038847.tif 000003
【図２】
2013038847.tif 000004