(57)【要約】【課題】  定電流負荷への過電流を監視しつつ、温度上昇に起因して動作停止する機会を低減した電源装置を得る。【解決手段】  自装置の動作中における温度を継続して測定し、その温度が上昇して許容範囲の上限に近づき、上昇判定用の所定の温度に達した場合には、出力電圧を通常電圧から出力低下モード電圧に下げ、装置の電力消費を低減する。そして自装置の動作温度が低下し、下降判定用の所定の温度を下回った後に、出力低下モード電圧から通常電圧に切り換える。また、同時に出力電流も監視して、その異常を判定するとともに、その監視結果を温度変化に基づく出力電圧の制御と組み合わせて判定することによって、異常要因の切り分けを容易にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給される直流電圧を所定の電圧に変換して、定電流負荷に電力を供給する電源装置であって、
前記外部から供給される直流電圧を、制御信号に基づいてあらかじめ設定された通常電圧、またはこの通常電圧より低い、あらかじめ設定された出力低下モード電圧のいずれかに変換して出力する電圧変換部と、
前記電圧変換部の出力側に接続され、前記定電流負荷に供給する電流を監視する出力電流監視部と、
自装置の動作温度を測定する温度モニタと、
前記出力電流監視部の監視結果、及び前記温度モニタの測定結果に基づいて、前記電圧変換部が出力する電圧を制御するための制御信号を生成して前記電圧変換部に送出する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記電圧変換部が通常電圧を出力中において、
前記温度モニタの測定結果が、上昇する方向で、自装置の動作を許容する上限温度より低い、あらかじめ設定された第１の温度に達したときに、
前記出力電流監視部での電流の監視結果があらかじめ設定された電流値以上であれば、自装置の動作を停止するとともに、
前記あらかじめ設定された電流値未満であれば、前記電圧変換部の出力電圧を前記出力低下モード電圧に切り換えるための制御信号を生成し、
前記電圧変換部が出力低下モード電圧を出力中において、
前記温度モニタの測定結果が、前記上限温度に達したときは、自装置の動作を停止するとともに、
前記温度モニタの測定結果が、下降する方向で、前記第１の温度より低い、あらかじめ設定された第２の温度に達したときは、前記電圧変換部の出力電圧を通常電圧に切り換えるための制御信号を生成する
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記温度モニタは、自装置の動作温度として、自装置動作中の前記電圧変換部内の発熱素子の温度を測定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】
前記温度モニタは、自装置の動作温度として、自装置動作中の周囲温度を測定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４】
前記制御部は、操作員による動作停止からの復帰操作を受けつけて、自装置の動作を再開するための制御信号を生成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ等、直流供給源からの電圧を所望する電圧に変化して負荷に供給する電源装置が知られている。この種の電源装置では、外部から供給される直流電圧を、例えば、スイッチング素子をパルス駆動して変圧するスイッチング回路とその後段に設けた平滑フィルタ等によって、所望の直流電圧に変換しており、取り扱う電力に対して比較的小型かつ軽量に構成されることから、各種の用途向けに特化されて機器等に組み込まれることが多い。
【０００３】
また、一般的には装置保護のための監視機能を備えており、例えば出力電圧・電流や温度等を監視するとともに、その結果に基づき異常状態を検出した場合は動作を停止するように構成される。そして異常発生要因が除去された後、自動または手動により動作復帰する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０９３７８号公報
【特許文献２】特開２０００−１８４５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、動作開始後、長時間継続動作するのではなく、比較的短時間で動作を終結してしまうような機器等に電力を供給する電源装置においては、例えば温度上昇に対する保護としては、機器の動作中に電源出力を停止するシャットダウン温度に至らない温度までであれば、短時間動作中での温度上昇は許容される。このため、長時間連続動作を前提にした場合に比べると、動作時間が短くて良い分、発熱を考慮したディレーティングも軽度なものにしている。従って、供給対象の機器等と電源装置とを含む全体の構成も、小型軽量化される。
【０００６】
一方、この種の機器を実機として動作試験等を実施する際は、試験中に対象の機器を繰り返し動作させながら、詳細なデバッグや動作確認が行われる。このときには、試験対象の機器に含まれる電源装置も、短時間で終結する所期の動作を繰り返す。しかしながら、電源装置に軽度なディレーティングを適用した場合には、短時間で終結する通常の動作中においても急激な温度上昇が見込まれ、あたかも長時間連続動作のように短時間の動作を繰り返した場合には、動作可能な温度の許容範囲を超えてしまい、電源出力がシャットダウンされるおそれがあり、また、機器／電源装置を構成する素子等にも熱サイクルによる影響を与えるおそれがあった。
【０００７】
このため、動作試験等を実施する際は、放熱対策として、例えばヒートシンクの付加や空冷機構等、独自の試験環境を別途準備するとともに、例えば対象機器の動作が長時間連続しないように試験時間を制限するなど、試験作業の効率が低下してしまう。従って、本来の動作環境の中で短時間の通常動作を繰り返しても、動作停止に至らない方策が望まれていた。また、短時間での急激な温度上昇につながる要因としては、発熱に対するディレーティングを軽度にしたこと以外にも、電源装置の電力供給先となる定電流負荷への過電流や、電源装置内部での異常な電力消費等も考えられる。このため、動作停止への対応に加え、温度上昇の要因を分離することも望まれていた。
【０００８】
本実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、定電流負荷への過電流を監視しつつ、温度上昇に起因して動作停止する機会を低減した電源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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本実施形態の電源装置は、外部から供給される直流電圧を所定の電圧に変換して、定電流負荷に電力を供給する電源装置であって、前記外部から供給される直流電圧を、制御信号に基づいてあらかじめ設定された通常電圧、またはこの通常電圧より低い、あらかじめ設定された出力低下モード電圧のいずれかに変換して出力する電圧変換部と、前記電圧変換部の出力側に接続され、前記定電流負荷に供給する電流を監視する出力電流監視部と、自装置の動作温度を測定する温度モニタと、前記出力電流監視部の監視結果、及び前記温度モニタの測定結果に基づいて、前記電圧変換部が出力する電圧を制御するための制御信号を生成して前記電圧変換部に送出する制御部とを備え、前記制御部は、前記電圧変換部が通常電圧を出力中において、前記温度モニタの測定結果が、上昇する方向で、自装置の動作を許容する上限温度より低い、あらかじめ設定された第１の温度に達したときに、前記出力電流監視部での電流の監視結果があらかじめ設定された電流値以上であれば、自装置の動作を停止するとともに、前記あらかじめ設定された電流値未満であれば、前記電圧変換部の出力電圧を前記出力低下モード電圧に切り換えるための制御信号を生成し、前記電圧変換部が出力低下モード電圧を出力中において、前記温度モニタの測定結果が、前記上限温度に達したときは、自装置の動作を停止するとともに、前記温度モニタの測定結果が、下降する方向で、前記第１の温度より低い、あらかじめ設定された第２の温度に達したときは、前記電圧変換部の出力電圧を通常電圧に切り換えるための制御信号を生成することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る電源装置の構成の一例を示すブロック図。
【図２】制御部４０の制御動作を説明するための図。
【図３】図１に例示した電源装置の状態遷移を説明するための図。
【図４】図１に例示した電源装置の動作を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態に係る電源装置を実施するための最良の形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、本実施形態に係る電源装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に例示したように、この電源装置１は、外部の供給電源２からの直流電圧を受け、所定の電圧に変換して定電流負荷である負荷装置３に供給するものであり、電圧変換部１０、出力電流監視部２０、温度モニタ３０、及び制御部４０から構成されている。
【００１３】
電圧変換部１０は、供給電源２から供給される直流電圧を、後述する制御部４０からの制御信号に基づいて、あらかじめ定められた電圧である通常電圧、またはこの通常電圧よりも低い電圧の出力低下モード電圧のいずれかに変換して出力する。通常電圧とは、例えば負荷装置３が正常に動作するための標準的な電圧であり、出力低下モード電圧とは、例えば、負荷装置３の動作が保証される下限の電圧である。
【００１４】
ここに、電圧変換部１０は、電圧変換回路１１、駆動回路１２、及びフィルタ回路１３を備えている。電圧変換回路１１は、例えばパルス駆動される半導体スイッチング素子やトランス（いずれも図示せず）等を含み、駆動回路１２からのパルス信号に従って、供給電源２からの直流電圧を所定の電圧に変換する。駆動回路１２は、制御部４０からの制御信号に基づいて、電圧変換回路１１の出力電圧が通常電圧、または出力低下モード電圧のどちらかになるように、電圧変換回路１１内のスイッチング素子を駆動するためのパルス信号を生成する。フィルタ回路１３は、電圧変換回路１１が出力する直流電圧を平滑して後段に出力する。
【００１５】
出力電流監視部２０は、電圧変換部１０の出力から負荷装置３に流れる出力電流を監視し、その電流値等を監視結果として制御部４０に送出する。温度モニタ３０は、動作中の自装置の温度を測定し、その測定結果を制御部４０に送出する。本実施例においては、温度モニタ３０の設置位置は、例えば、発熱により装置内で相対的に高温になりやすい素子である、電圧変換回路１１内のスイッチング素子の温度としている。なお、モニタする温度は、これ以外に、例えば本装置が組み上がった状態で動作しているときの、装置の周囲温度とすることもできる。
【００１６】
制御部４０は、出力電流監視部２０からの監視結果、及び温度モニタ３０からの測定結果に基づいて、電圧変換部１０の出力電圧を通常電圧、または出力低下モード電圧のいずれかに切り換えるための制御信号を生成し、電圧変換部１０に送出する。また、出力電流監視部２０からの監視結果、及び温度モニタ３０からの測定結果から、装置の異常状態が判定された場合には、電圧変換部１０の出力を停止するとともに、これらの結果をステータス情報として外部に出力する。加えて、本実施例においては、操作員が行う復帰操作を受けつけ、装置の動作を再開させるための制御信号を生成して、自装置内の各部に送出する。
【００１７】
前述したように、負荷装置等の特性に対応させて軽度なディレーティングを適用した電源装置では、負荷装置が動作を完結する短時間での動作中に急激な温度上昇が見込まれるため、繰り返し動作させると電源装置の動作温度の許容範囲を逸脱するおそれがある。そこで、本実施例の制御部４０では、温度モニタ３０での測定結果が、許容範囲の上限の温度に近付くと、出力電圧を一旦、出力低下モード電圧に低下させて（出力低下モード）、装置の電力消費を低減することにより、動作温度の低下を図る。そして、動作温度が低下した後に、出力電圧を通常電圧（通常モード）に設定する。また、これら制御の中に、負荷電流の異常判定も加えている。これにより、出力電流を監視しつつ、温度上昇による動作停止を回避している。以下に、図２を参照して、この制御部４０における制御動作について詳述する。
【００１８】
図２は、制御部４０における制御の詳細を説明するための図であり、図２（ａ）は動作温度の変化、図２（ｂ）は動作温度の変化に伴う出力電圧の変化をそれぞれモデル化して例示したものである。電源装置１は、時刻ｔ０から通常モードの出力電圧ＶＯＵＴで動作を開始後、図２（ａ）中の実線（Ａ）のように温度上昇を続け、時刻ｔ１において、動作許容範囲の上限温度であるＴＭＡＸへの接近の判定用にあらかじめ設定された、第１の温度としてのＴＨに達すると、制御部４０は、このときの負荷装置３への出力電流に異常がなければ、出力電圧を出力低下モードの電圧であるＶＭＩＮに切り換えて電源装置１の電力消費を低減させて動作温度の低下を図りつつ、動作を継続する。なお、このときに負荷電流については、負荷装置３が定電流負荷であるので、ほとんど変化しない。その後、実線（Ｂ）のように温度がしだいに下降し、時刻ｔ３において、ＴＨより低い、温度下降の判定用にあらかじめ設定された、第２の温度としてのＴＬに達すると、通常モードでの動作の継続が可能になったものとして、制御部４０は、出力電圧を通常モードの出力電圧ＶＯＵＴに設定する。
【００１９】
また、時刻ｔ１で温度ＴＨに達したときに、負荷電流に異常があれば、破線（Ｄ）に例示したように、制御部４０は、出力を停止させる。さらに、時刻ｔ１で出力低下モードに移行した後も、破線（Ｅ）のように温度上昇が続いた場合には、制御部４０は、負荷電流に異常がなければ、温度上昇の要因を、例えば電源装置１０内での過電流等に起因する電力消費の増加と判断し、破線（Ｆ）に例示したように、上限温度であるＴＭＡＸに達した時刻ｔ２で出力を停止させる。なお、動作を停止した場合、本実施例においては、操作員の復帰操作を受けつけて動作を再開するものとしている。
【００２０】
図３は、上述した通常モード、出力低下モード、及び動作停止のそれぞれの状態間の遷移を説明するための状態遷移図である。図２に対応させると、図３中の遷移（ｂ）は、図２中の時刻ｔ１における実線（Ａ）から実線（Ｂ）への遷移に該当し、遷移（ｃ）は、時刻ｔ３における実線（Ｂ）から実線（Ｃ）への遷移に該当し、遷移（ｄ）は、時刻ｔ１における実線（Ａ）から破線（Ｄ）への遷移に該当し、遷移（ｅ）は、時刻ｔ２における破線（Ｅ）から破線（Ｆ）への遷移にそれぞれ該当する。
【００２１】
ここで、負荷装置３への負荷電流に着目すると、遷移（ｂ）及び（ｃ）ではいずれも正常、遷移（ｄ）では判定に基づき異常、遷移（ｅ）では負荷電流は正常範囲で自電源装置１０に異常要因ありと判定する。なお、図３中の遷移（ａ）及び（ｆ）は、例えば操作員による操作等に基づいた遷移である。このようにして、出力電流を監視しつつ、温度上昇によって装置が停止する機会を回避して、より長い時間、動作を継続することを可能にしている。
【００２２】
次に、前出の図１〜図３、ならびに図４のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施形態の電源装置１の動作について、制御動作を中心に説明する。図４は、この電源装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００２３】
電源装置１がコールドスタートで動作を開始すると、まずは通常モードでの制御動作が開始され、供給電源２から供給された直流電圧は（ＳＴ４０１）、電圧変換部１０にて通常電圧（ＶＯＵＴ）に変換され、負荷装置３に供給される（ＳＴ４０２）。このときに、出力電流監視部２０によって負荷装置３への出力電流も監視され、取得された電流値等の監視結果は制御部４０に送出される（ＳＴ４０３）。
【００２４】
これと合わせて、温度モニタ３０によって、自装置の動作中の温度が測定される。本実施例では、温度モニタ３０は、装置全体の構成品の中で比較的発熱量の多い、例えば、電圧変換部１０内に設置されているものとしている。そして、測定された動作温度は制御部４０に送出され、制御部４０内において、温度上昇の判定用としてあらかじめ設定された温度であるＴＨと比較される（ＳＴ４０４）。この比較の結果、動作温度がＴＨを超えていなければ、通常モードに留まって動作を継続する（ＳＴ４０４のＮ）。
【００２５】
一方、動作温度がＴＨを超えた場合は（ＳＴ４０４のＹ）、動作温度が許容範囲の上限にさらに接近することが予測されるとして、出力低下モードへ移行するための制御動作が行われる。すなわち、制御部４０において、出力電流監視部２０による監視結果に基づき、負荷装置３への出力電流が判定され（ＳＴ４０５）、異常がなければ（ＳＴ４０５のＹ）、電圧変換部１０に対して、出力低下モードに切り換えるための制御信号が送出される。そして、出力電圧は、出力低下モード電圧（ＶＭＩＮ）に切り換わって負荷装置３に供給される（ＳＴ４０６）。なお、ＳＴ４０５での負荷電流の判定において異常が検出された場合には、その時点で装置の動作は停止し、ステータス情報が出力される（ＳＴ４０７）。
【００２６】
次いで、温度モニタ３０で測定された動作温度の変化が判定される。すなわち、出力低下モードでは、出力電圧を低下させて装置の電力消費を低減することによって、動作温度の低下を図る。このため、まずは、出力低下モードに切り換わった後の動作温度の上昇が判定され（ＳＴ４０８）、上限温度ＴＭＡＸに達していなければ（ＳＴ４０８のＹ）、次に、温度下降の判定用としてあらかじめ設定された温度であるＴＬと比較される。その結果、動作温度がしだいに下降してＴＬ以下になるまでは、上記したＳＴ４０５の動作ステップからの動作を繰り返して、出力低下モードに留まる（ＳＴ４０９のＮ）。
【００２７】
そして、動作温度が下降してＴＬ以下になったと判定されると（ＳＴ４０９ののＹ）、通常モードの動作に移行する。なお、出力低下モードに移行後も温度上昇が続き、ＳＴ４０８の動作ステップにおいて、上限温度ＴＭＡＸを超えたと判定された場合には、（ＳＴ４０８のＮ）、装置内にその上昇の要因があるものとして、その旨のステータス情報が出力され、装置の動作は停止する（ＳＴ４１０）。このようにして、この後は通常モードに移行し、さらに動作の終了が指示されるまで、上記の動作を繰り返し継続する（ＳＴ４１１）。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態においては、外部の供給電源からの直流電圧を所定の電圧に変換し、定電流の負荷装置に電力を供給する際に、自装置の動作中における温度を継続して測定し、その温度が上昇して許容範囲の上限に近づき、上昇判定用の所定の温度に達した場合には、出力電圧を通常電圧から出力低下モード電圧に下げ、装置の電力消費を低減することによって、自装置の動作温度の低下を図っている。そして自装置の動作温度が低下し、下降判定用の所定の温度を下回った後に、出力低下モード電圧から通常電圧に切り換えている。このように出力電圧を制御することによって、温度変化に対する自己管理機能を高め、短時間で動作を終結する機器等を対象にした、軽度なディレーティングを適用した電源装置等に対しても、別途専用の動作環境を準備することなく、温度上昇による動作停止の機会を減らして、繰り返し動作や長時間にわたる連続動作等を可能にしている。
【００２９】
また、同時に出力電流も監視して、その異常を判定するとともに、その監視結果を上記した温度変化に基づく出力電圧の制御と組み合わせて判定することによって、異常要因の切り分けを容易にし、ステータス情報として出力している。これによって、出力電流を監視しつつ、温度上昇に起因して動作停止する機会が低減された電源装置を得ることができる。
【００３０】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１  電源装置
２  供給電源
３  負荷装置
１０  電圧変換部
１１  電圧変換回路
１２  駆動回路
１３  フィルタ回路
２０  出力電流監視部
３０  温度モニタ
４０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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