(57)【要約】【課題】電源装置が立上がらなくなるという事態が発生する前に、補助電源回路の平滑用コンデンサの劣化の予兆を捉えて電源装置の劣化を確実に検知できるようにする。【解決手段】トランスの補助巻線に誘起された電圧を整流・平滑して動作電源電圧を生成する補助電源回路を有する直流電源装置の劣化を検知する劣化検知装置において、直流電源装置の入力電圧と出力電圧が印加される端子を備えた端子台と、入力電圧と出力電圧の立上がりタイミングを検出可能な立上がり検出手段と、出力電圧が立上がるまでの電源起動遅れ時間を計時可能な計時手段と、計時手段により既に取得した既電源起動遅れ時間を記憶もしくは設定可能な測定値情報付与手段と、計時手段により計時した電源起動遅れ時間と測定値情報付与手段から付与される既電源起動遅れ時間とを比較して、電源起動遅れ時間が減少から増加に転じたことを検出して劣化を判定する判定手段とを設けた。【選択図】図４
2016201934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する電源制御回路と、平滑用のコンデンサを備え前記トランスの補助巻線に誘起された電圧を整流・平滑して前記電源制御回路の動作電源電圧を生成する補助電源回路とを有する絶縁型の直流電源装置の劣化を検知する劣化検知装置であって、
前記直流電源装置から取得された入力電圧と出力電圧が別々に印加される端子を備えた端子台と、
前記端子に印加された入力電圧と出力電圧のそれぞれの立上がりタイミングを検出可能な立上がり検出手段と、
前記立上がり検出手段による検出結果に基づいて、前記入力電圧が立上がってから前記出力電圧が立上がるまでの電源起動遅れ時間を計時可能な計時手段と、
前記計時手段により既に取得した既電源起動遅れ時間を記憶もしくは設定可能な測定値情報付与手段と、
前記計時手段により計時した電源起動遅れ時間と前記測定値情報付与手段から付与される既電源起動遅れ時間とを比較して、電源起動遅れ時間が減少から増加に転じたことを検出した場合に前記直流電源装置の劣化と判定する判定手段と、
を備えていることを特徴とする電源装置の劣化検知装置。
【請求項２】
前記端子台は、前記補助電源回路により生成され前記電源制御回路に供給される前記動作電源電圧が印加される端子を備え、
前記計時手段は、前記入力電圧が立上がった時点から前記動作電源電圧が所定のレベルに達する時点までの制御回路動作開始時間を計時可能であり、
前記判定手段は、前記電源起動遅れ時間と前記制御回路動作開始時間との差である制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えた場合に前記直流電源装置の劣化と判定可能であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置の劣化検知装置。
【請求項３】
前記判定手段は、
前記電源起動遅れ時間が減少から増加に転じた場合に前記直流電源装置の劣化と判定する第１判定モードと、
前記制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えた場合に前記直流電源装置の劣化と判定する第２判定モードと、
を備え、前記第１判定モードと第２判定モードのいずれかのモードで動作して判定を実行可能であることを特徴とする請求項２に記載の電源装置の劣化検知装置。
【請求項４】
前記判定手段が前記第１判定モードと第２判定モードのいずれのモードで動作するのかを設定するためのモード切替え手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の電源装置の劣化検知装置。
【請求項５】
電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する電源制御回路と、平滑用のコンデンサを備え前記トランスの補助巻線に誘起された電圧を整流・平滑して前記電源制御回路の動作電源電圧を生成する補助電源回路とを有する絶縁型の直流電源装置の劣化を検知する劣化検知方法であって、
前記直流電源装置から取得された入力電圧の立上がりから前記動作電源電圧が所定のレベルに達するまでの制御回路動作開始時間を計時する第１計時ステップと、
前記直流電源装置から取得された入力電圧の立上がりから前記直流電源装置の出力電圧が立上がるまでの電源起動遅れ時間を計時する第２計時ステップと、
前記第２計時ステップにより計時された前記電源起動遅れ時間を前回測定値として記憶する記憶ステップと、
前記第１計時ステップにより計時された制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えたか否か判定する第１判定ステップと、
前記第２計時ステップにより計時された電源起動遅れ時間と前記前回測定値とを比較して、電源起動遅れ時間が減少から増加に転じたか否か判定する第２判定ステップと、
前記第１判定ステップの判定結果と前記第２判定ステップの判定結果とに基づいて電源装置の劣化を判定する劣化判定ステップと、
前記劣化判定ステップの判定結果を出力する判定結果出力ステップと、
を有することを特徴とする電源装置の劣化検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスを備えた絶縁型の直流電源装置特に低電圧電源装置の劣化を検知するのに利用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道車両には、多種多様な電子機器が搭載されており、これらの電子機器に電力を供給する電源装置として、低電圧電源装置も搭載されている。
電源装置は各種電子機器に電力を安定して供給することが要求される一方、電源装置の劣化状態の把握は困難であり、劣化が進むと電源装置が立上がらなくなって、電子機器に電力を供給できない事態が発生するおそれがあるため、電源装置の劣化を検出するための技術の開発が要望されている。
【０００３】
ところで、鉄道車両に搭載されている低電圧電源装置の劣化は、電源装置に設けられている補助電源装置を構成するアルミ電解コンデンサに起因することが多い。そこで、従来、電源装置の劣化の検出として、アルミ電解コンデンサの劣化を検出もしくは判別する発明が提案されている。かかる発明としては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１６５７７０号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記先願発明のうち、特許文献１に開示されている電解コンデンサの劣化検出回路に関する発明は、電解コンデンサのリップル電圧の振幅が次第に増大することに着目して、電解コンデンサのリップル電圧を比較回路でしきい値と比較することで劣化を検出するというものである。
しかしながら、電解コンデンサの寿命は温度、湿度、振動など電気的条件（使用環境）に依存することが知られているが、各電源装置は使用状況がそれぞれ異なるため、特許文献１に開示されている電解コンデンサの劣化検出回路のように、一律に同一のしきい値で判定する方式では、各コンデンサの特性に応じた最適な劣化判定が困難であるという課題がある。
【０００６】
一方、特許文献２に開示されている電解コンデンサの劣化判定装置は、使用周囲温度に対応した累積稼働時間をカウントして、このカウント値により寿命を判定するというものである。
この特許文献２に開示されている発明の判定方式は、電源装置の使用状況に応じた判定が行なえるという利点があるものの、累積稼働時間をカウントする回路や判別回路およびカウント値を記憶する記憶装置が必要であるため、装置を構成する部品点数が多くコストアップを招くとともに、記憶装置に記憶されているカウント値が何らかの原因で失われると、正確な寿命判定が行なえなくなるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電源装置が立上がらなくなるという事態が発生する前に、補助電源回路の平滑用コンデンサの劣化の予兆を捉えて電源装置の劣化を確実に検知することができる劣化検知装置および劣化検知方法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に、本発明は、
電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する電源制御回路と、平滑用のコンデンサを備え前記トランスの補助巻線に誘起された電圧を整流・平滑して前記電源制御回路の動作電源電圧を生成する補助電源回路とを有する絶縁型の直流電源装置の劣化を検知する劣化検知装置において、
前記直流電源装置から取得された入力電圧と出力電圧が別々に印加される端子を備えた端子台と、
前記端子に印加された入力電圧と出力電圧のそれぞれの立上がりタイミングを検出可能な立上がり検出手段と、
前記立上がり検出手段による検出結果に基づいて、前記入力電圧が立上がってから前記出力電圧が立上がるまでの電源起動遅れ時間を計時可能な計時手段と、
前記計時手段により既に取得した既電源起動遅れ時間を記憶もしくは設定可能な測定値情報付与手段と、
前記計時手段により計時した電源起動遅れ時間と前記測定値情報付与手段から付与される既電源起動遅れ時間とを比較して、電源起動遅れ時間が減少から増加に転じたことを検出した場合に前記直流電源装置の劣化と判定する判定手段と、
を設けるようにしたものである。
【０００９】
上記構成の劣化検知装置によれば、電源装置が立上がらなくなるという事態が発生する前に、補助電源回路の平滑用コンデンサの劣化の予兆を捉えて電源装置の劣化を検知することができる。また、電源起動遅れ時間は、各電源装置の平滑用のコンデンサそれぞれの特性の影響を受けるので、電源起動遅れ時間が減少から増加に転じる変換点を検出することで劣化を判定することによって、それぞれの電源装置の使用状況に応じた正確な判定結果が得られる。さらに、累積稼働時間を記憶する記憶装置を設けることなく劣化を検知することができるため、記憶装置に記憶されている測定値が何らかの原因で失われて正確な寿命判定が行なえなくなるという事態が発生するのを回避して電源装置の劣化を確実に検知することができるとともに、劣化検知装置を安価に構成することができる。
【００１０】
また、望ましくは、前記端子台は、前記補助電源回路により生成され前記電源制御回路に供給される前記動作電源電圧が印加される端子を備え、
前記計時手段は、前記入力電圧が立上がった時点から前記動作電源電圧が所定のレベルに達する時点までの制御回路動作開始時間を計時可能であり、
前記判定手段は、前記電源起動遅れ時間と前記制御回路動作開始時間との差である制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えた場合に前記直流電源装置の劣化と判定可能であるように構成する。
かかる構成によれば、制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えた場合に直流電源装置の劣化と判定可能であるので、前回の測定値がないあるいは失われたとしても劣化判定結果を得ることができる。
【００１１】
さらに、望ましくは、前記判定手段は、
前記電源起動遅れ時間が減少から増加に転じた場合に前記直流電源装置の劣化と判定する第１判定モードと、
前記制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えた場合に前記直流電源装置の劣化と判定する第２判定モードと、
を備え、前記第１判定モードと第２判定モードのいずれかのモードで動作して判定を実行可能に構成する。
これにより、電源起動遅れ時間が減少から増加に転じた場合に電源装置の劣化と判定するモードと、制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えた場合に電源装置の劣化と判定するモードのいずれかを選択できるため、検知対象の電源装置の種類や使用状況に応じて判定モードを使い分けることが可能となり、利便性の高い劣化検知装置を実現することができる。
【００１２】
さらに、望ましくは、前記判定手段が前記第１判定モードと第２判定モードのいずれのモードで動作するのかを設定するためのモード切替え手段を備えるように構成する。
これにより、劣化検知装置が実行する判定モードを外部から簡単に選択することができる。
【００１３】
また、本出願の他の発明は、電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に間欠的に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流に比例した電圧と前記トランスの二次側からの出力電圧検出信号が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する電源制御回路と、平滑用のコンデンサを備え前記トランスの補助巻線に誘起された電圧を整流・平滑して前記電源制御回路の動作電源電圧を生成する補助電源回路とを有する絶縁型の直流電源装置の劣化を検知する劣化検知方法において、
前記直流電源装置から取得された入力電圧の立上がりから前記動作電源電圧が所定のレベルに達するまでの制御回路動作開始時間を計時する第１計時ステップと、
前記直流電源装置から取得された入力電圧の立上がりから前記直流電源装置の出力電圧が立上がるまでの電源起動遅れ時間を計時する第２計時ステップと、
前記第２計時ステップにより計時された前記電源起動遅れ時間を前回測定値として記憶する記憶ステップと、
前記第１計時ステップにより計時された制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えたか否か判定する第１判定ステップと、
前記第２計時ステップにより計時された電源起動遅れ時間と前記前回測定値とを比較して、電源起動遅れ時間が減少から増加に転じたか否か判定する第２判定ステップと、
前記第１判定ステップの判定結果と前記第２判定ステップの判定結果とに基づいて電源装置の劣化を判定する劣化判定ステップと、
前記劣化判定ステップの判定結果を出力する判定結果出力ステップと、
を有するようにしたものである。
【００１４】
上記した方法によれば、電源装置が立上がらなくなるという事態が発生する前に、補助電源回路の平滑用コンデンサの劣化の予兆を捉えて電源装置の劣化を検知することができる。また、制御回路動作繰返し時間が予め設定された所定の時間を越えたという現象と、電源起動遅れ時間が減少から増加に転じたという現象を検出して劣化を検知するため、より正確な劣化検知が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電源装置が立上がらなくなるという事態が発生する前に、補助電源回路の平滑用コンデンサの劣化の予兆を捉えて電源装置の劣化を確実に検知することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る直流電源装置の劣化検知装置および劣化検知方法を適用して好適な直流電源装置の一例としての低電圧電源装置の構成例を示す回路構成図である。
【図２】入力電圧投入時の入力電圧と出力電圧と平滑用コンデンサの充電電圧の変化の様子を示すもので、（Ａ）は新しい低電圧電源装置における各電圧の変化、（Ｂ）は長期間稼働した低電圧電源装置における各電圧の変化を示す図である。
【図３】低電圧電源装置の稼働時間と、電源制御用ＩＣ動作開始時間Ｔｓ、電源制御用ＩＣの起動時動作繰返し時間Ｔｒ、電源起動遅れ時間Ｔｄとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る電源装置の劣化検知装置の一実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る電源装置の劣化検知装置および劣化検知方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
先ず、図１を用いて、本発明に係る電源装置の劣化検知装置および劣化検知方法を適用して好適な直流電源装置の一例としての低電圧電源装置の構成について説明する。
【００１８】
図１に示す低電圧電源装置１０は、入力端子ＩＮに接続され入力電圧Ｖｉｎに含まれるノイズを遮断するフィルタ回路１１と、一次側巻線Ｎｐと二次側巻線Ｎｓおよび補助巻線Ｎｂとを有し上記フィルタ回路１１を介して入力される入力電圧Ｖｉｎを異なる電圧に変換する電圧変換用のトランス１２と、このトランス１２の一次側巻線Ｎｐと直列に接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるスイッチング素子ＳＷと、該スイッチングＳＷをオン、オフさせる信号ＧＴを生成し出力する電源制御回路１３とを有する。電源制御回路１３は、半導体集積回路（以下、電源制御用ＩＣと称する）として形成されている。
【００１９】
本実施形態の低電圧電源装置は、入力端子ＩＮにＤＣ１００Ｖのような直流電圧が入力されるが、フィルタ回路１１の後段にダイオードブリッジからなる整流回路を接続することで、入力端子ＩＮにＡＣ１００Ｖのような交流電圧が入力されるＡＣ−ＤＣコンバータとして構成することも可能である。
上記トランス１２の二次側には、二次側巻線Ｎｓと直列に接続された整流用ダイオードＤ２と、このダイオードＤ２のカソード端子と二次側巻線Ｎｓの他方の端子との間に接続された平滑用コンデンサＣ２とが設けられ、一次側のスイッチング素子ＳＷをオン、オフさせて一次側巻線Ｎｐに間歇的に電流を流すことで二次側巻線Ｎｓに誘起される交流電圧を整流し平滑することによって、一次側巻線Ｎｐと二次側巻線Ｎｓとの巻線比に応じた直流電圧Ｖｏｕｔを出力する。鉄道車両搭載用の電源装置では、出力電圧Ｖｏｕｔとして５Ｖや２４Ｖのような電圧を出力する低電圧電源装置が使用される。
【００２０】
さらに、本実施形態の低電圧電源装置１０においては、トランス１２の二次側に、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値を検出するための出力電圧検出回路１４と、該出力電圧検出回路１４に接続され検出電圧に応じた信号を一次側の電源制御用ＩＣ１３へ伝達するフォトカプラの発光側素子としてのフォトダイオード１５ａが設けられている。そして、一次側には、上記電源制御用ＩＣ１３のフィードバック端子ＦＢに接続され、上記出力電圧検出回路１４によって駆動されフィードバック端子ＦＢに信号を伝達するフォトカプラの受光側素子としてのフォトトランジスタ１５ｂが設けられており、電源制御用ＩＣ１３はフォトカプラを介して上記出力電圧検出回路１４からフィードバックされる電圧に基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔが一定となるようにスイッチングＳＷをオン、オフさせる信号ＧＴを生成する。
【００２１】
また、この実施形態の低電圧電源装置においては、トランス１２の一次側に、上記補助巻線Ｎｂと直列に接続された整流用ダイオードＤ０と、このダイオードＤ０のカソード端子と接地点ＧＮＤとの間に接続された平滑用コンデンサＣ０とからなる補助電源回路１６が設けられ、該補助電源回路１６で整流、平滑された電圧が上記電源制御用ＩＣ１３の電源電圧端子ＶＣＣに印加されている。
これとともに、入力端子ＩＮと電源制御用ＩＣ１３の電源端子ＶＣＣとの間に、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１が直列に接続されており、電源が投入されると入力電圧ＶｉｎからダイオードＤ１および抵抗Ｒ１を介して電源端子ＶＣＣに接続されている平滑用コンデンサＣ０に電荷が供給されて充電されることで、補助巻線Ｎｂに電圧が誘起される前の電源起動時においても電源制御用ＩＣ１３を動作させることができるように構成されている。そして、コンデンサＣ０が充電されると電源制御用ＩＣ１３がスイッチング動作を開始して、トランス１２で変換された電圧が出力される。また、スイッチングが開始されると、補助巻線に電圧が誘起され、以降、補助電源回路１６によって電源制御用ＩＣ１３へ動作電圧が供給される。
【００２２】
上記ダイオードＤ１は補助巻線Ｎｂに誘起された電圧により入力端子ＩＮへ電流が逆流するのを防止する。また、抵抗Ｒ１は高抵抗の素子で構成され、補助電源回路１６から電源電圧端子ＶＣＣへ電圧が供給され始めると、入力端子ＩＮから電源制御用ＩＣ１３の電源端子ＶＣＣへ電流が流れないようにする働きをする。
図１の低電圧電源装置においては、上記補助電源回路１６を構成する平滑用コンデンサＣ０としてアルミ電解コンデンサが使用されており、このアルミ電解コンデンサの劣化（寿命）が電源装置の劣化を判定する上で大きな要因となっている。具体的には、低電圧電源装置の繰り返し稼働でアルミ電解コンデンサが劣化すると、次第に容量値が低下し、入力電圧投入後、補助電源の出力電圧が立上がるまでの時間が長くなり、最終的には出力電圧が立上がらなくなってしまう。従って、そのような事態が発生する前にアルミ電解コンデンサを新しいものと交換する必要があり、本実施形態のように劣化の予兆を捉えて判定するのが有効である。
【００２３】
次に、本発明者らが本発明に係る劣化検知技術を開発するに至ったいきさつについて説明する。
本発明者らは、低電圧電源装置の繰り返し稼働で、入力電圧投入後出力電圧が立上がるまでの現象にどのような変化が生じているのか詳しく調べるために、低電圧電源装置に対して加速度試験を行なうとともに、入力電圧投入直後における入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔと平滑用コンデンサ（アルミ電解コンデンサ）Ｃ０の充電電圧（補助電源回路の出力）Ｖｃの変化の様子を観察した。
【００２４】
図２（Ａ）は新しい低電圧電源装置におけるＶｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔと平滑用コンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃの変化の様子を示す波形図、図２（Ｂ）は長期間使用した低電圧電源装置におけるＶｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔと平滑用コンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃの変化の様子を示す波形図である。
図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを比較すると分かるように、図２（Ａ）の新しい低電圧電源装置の場合、平滑用コンデンサＣ０が所定の電圧まで充電されて電源制御用ＩＣ１３が動作を開始するとしばらくして出力電圧Ｖｏｕｔが立上がり、その後Ｖｏｕｔは一定の電圧に維持される。
【００２５】
一方、図２（Ｂ）の古い低電圧電源装置の場合、平滑用コンデンサＣ０が所定の電圧まで充電されて電源制御用ＩＣ１３が動作を開始しても充電電圧Ｖｃが低下することで起動に失敗して、これを何度か繰り返した後に出力電圧Ｖｏｕｔが立上がり、その後Ｖｏｕｔは一定の電圧に維持されることが明らかとなった。これは、平滑用コンデンサＣ０が劣化すると充電電荷量が減少するため、電源制御用ＩＣ１３が一度動作を開始しても、充電電荷を消費することでコンデンサの電圧が下がり電源制御用ＩＣ１３がスイッチング制御を開始できないためである。図２（Ｂ）の期間Ｔｒは電源制御用ＩＣ１３の起動時動作繰返し時間であり、図２（Ａ）ではこの時間がゼロである。
【００２６】
また、平滑用コンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃが最初に所定の電圧（ＩＣの動作電圧）に立上がるまでの動作開始時間Ｔｓは、図２（Ａ）の新しい低電圧電源装置よりも図２（Ｂ）の古い低電圧電源装置の方が短くなっていることからも分かる。
そこで、本発明者らは、加速度試験により、入力電圧Ｖｉｎが立上がってから出力電圧Ｖｏｕｔが立上がるまでの電源起動遅れ時間Ｔｄと、充電電圧Ｖｃが立上がるまでのＩＣ動作開始時間Ｔｓと、電源制御用ＩＣ１３の起動時動作繰返し時間Ｔｒの経年変化を調べた。その結果を図３に示す。
【００２７】
図３において、実線ＡはＩＣ動作開始時間Ｔｓの変化を、破線ＢはＩＣの起動時動作繰返し時間Ｔｒの変化を、一点鎖線Ｃは入力電圧Ｖｉｎが立上がってから出力電圧Ｖｏｕｔが立上がるまでの電源起動遅れ時間Ｔｄの変化の様子を示す。なお、図３において、電源起動遅れ時間Ｔｄは、ＩＣ動作開始時間Ｔｓと電源制御用ＩＣの起動時動作繰返し時間Ｔｒとの和、すなわちＴｄ＝Ｔｓ＋Ｔｒである。
従って、上記各時間Ｔｄ，Ｔｓ，Ｔｒはそれぞれタイマで計時して取得しても良いが、いずれか２つの時間、例えば電源起動遅れ時間Ｔｄと起動時動作繰返し時間Ｔｒを測定し、ＩＣ動作開始時間Ｔｓは、Ｔｓ＝Ｔｄ−Ｔｒなる式を用いて演算で求めるようにしても良い。
【００２８】
図３より、電源制御用ＩＣの起動時動作繰返し時間Ｔｒはある時点から急に増加すること、電源起動遅れ時間Ｔｄは当初は稼働期間に応じて次第に短くなるもののある程度期間を経過すると反転して増加することが分かった。従って、起動時動作繰返し時間Ｔｒを監視してあるしきい値Ｔｈを越えたことを検出した場合に劣化と判定するか、電源起動遅れ時間Ｔｄを監視して減少から増加に反転したことを検出した場合に劣化と判定すればよいとの結論に達した。このような事象が発生したとしても、まだ電源装置は立ち上がることができるので、この時点で補助電源回路の平滑用コンデンサを新しいものと交換することで、電源装置が突然立ち上がらなくなるという事態が発生するのを回避することができる。
【００２９】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明に係る電源装置の劣化検知装置および劣化検知方法の実施例について説明する。
図４には、本発明に係る電源装置の劣化検知装置の一実施例が示されている。
この実施例の劣化検知装置２０は、検知対象の低電圧電源装置と接続するためのケーブルの端子が結合される端子台２１を有するベースボードＢ１と、劣化検知のプログラムに従って動作し検知対象の低電圧電源装置からベースボードＢ１へ入力される電圧に基づいて時間を検出し、劣化の判定を行うワンチップマイコンのようなデータ処理装置２５を有するマイコンボードＢ２と、各ボードに電源電圧を供給するバッテリ３１、電源のオン、オフスイッチ３２、動作状態等を表示するＬＥＤ（発光ダイオード）などからなる表示ランプ３３、表示切替え用のスライドスイッチ３４、判定モードを切り替えるモード切替えスイッチ３５などを備えている。
【００３０】
ベースボードＢ１には、上記端子台２１の他、該端子台２１およびケーブルを介して検知対象の低電圧電源装置から取得した電圧をマイコンボードＢ２上のデータ処理装置２５へ伝達するフォトカプラ２２や取得した電圧を増幅してデータ処理装置２５へ入力するオペアンプ（増幅器）２３、検知条件を設定するためのロータリースイッチ２４などが実装されている。データ処理装置２５はＡＤ変換器を内蔵しており、オペアンプ（増幅器）２３から入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換する。ロータリースイッチ２４の設定値は、例えば１２ビットのパラレルデータとして上記データ処理装置２５へ入力される。
【００３１】
一方、マイコンボードＢ２上には、上記データ処理装置２５の他、判定結果等を表示するＬＣＤ（液晶パネル）などの表示装置２６が実装されている。この実施例では、上記端子台２１に３つの端子が設けられ、これらの端子にはケーブルを介して、検知対象の低電圧電源装置の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔと平滑用コンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃが印加される。上記データ処理装置２５を構成するワンチップマイコンはＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ：読出し専用メモリ）を内蔵しており、このＲＯＭに劣化検知のプログラムが格納され、該プログラムに従って動作する。
【００３２】
本実施例の劣化検知装置２０は、検知対象の低電圧電源装置から取得されベースボードＢ１へ供給される入力電圧Ｖｉｎが立上がったタイミング（図２(Ｂ)のｔ１）と、平滑用コンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃが所定の電圧Ｖｏｎまで上昇したタイミング（図２(Ｂ)のｔ２）と、出力電圧Ｖｏｕｔが立上がったタイミング（図２(Ｂ)のｔ３）を検出するとともに、ｔ１−ｔ２の時間（ＩＣ動作開始時間Ｔｓ）およびｔ１−ｔ３の時間（電源起動遅延時間Ｔｄ）を計時するタイマ機能をデータ処理装置２５が有するように構成されている。
【００３３】
なお、上記のような劣化検知装置を可搬式として構成する場合、上記構成部品のうちベースボードＢ１とマイコンボードＢ２とバッテリ３１は劣化検知装置のケース内に内蔵し、上記端子台２１、電源のオン、オフスイッチ３２、状態表示ランプ３３、表示切替え用のスライドスイッチ３４、判定モード切替えスイッチ３５は、一部がケースの表面に露出するようにケースに装着することで装置を構成することができる。
また、電源起動遅れ時間Ｔｄの変換点を判定して劣化を検知する方式の場合には、マイコンに接続され前回の測定値を記憶するためのＥＥＲＯＭ（エレクトリカリ・イレーサブル・アンド・プログラマブル・リード・オンリ・メモリ：電気的に書込み消去可能な読出し専用メモリ）のような不揮発性メモリ２７を設けても良い。ただし、上記劣化検知装置では、ロータリースイッチ２４に前回測定値を設定することで、メモリ２７を省略することができる。上記劣化検知装置は、低電圧電源装置に内蔵可能な内蔵式装置としても、可搬式の装置としても構成することができる。
【００３４】
さらに、図４に示す劣化検知装置では、バッテリ３１を設けているが、本発明に係る劣化検知装置は、電源装置が立上がらなくなる事態が発生する前に、劣化の予兆を捉えて劣化を検出するものであるので、内蔵式の場合、検知対象の電源装置から電源電圧の供給を受けるように構成することで、バッテリ３１を省略することも可能である。この場合、例えば、トランス１２の補助巻線に接続される電解コンデンサを検知装置用に別個設けることによって、トランスの一次側から電源の供給を受けて動作するように構成することができる。
【００３５】
次に、本実施例の劣化検知装置２０がモード切替えスイッチ３５を切り替えることで実行する２つの判定モードのそれぞれについて説明する。
第１の判定モードは、電源制御用ＩＣ１３の動作繰返し時間Ｔｒが予め設定されたしきい値Ｔｈを越えた場合に劣化と判定するモードである。第２の判定モードは、電源起動遅れ時間Ｔｄが減少から増加へ転じたことつまり変換点を検出した場合に劣化と判定するモードである。
【００３６】
第１の判定モードで使用するしきい値Ｔｈは、データ処理装置２５としてのワンチップマイコンに内蔵されているＲＯＭに記憶しておいて、今回測定された時間と比較することで実施することができる。一方、第２の判定モードの場合には、測定された時間を不揮発性メモリに記憶して、次回の判定の際に前回の測定時間あるいはロータリースイッチ２４の設定値と比較することで、減少から増加へ変換したことを検出することができる。ロータリースイッチ２４の設定値は、前述したように、前回測定値としても良いし、予め用意した検知条件を設定値としても良い。
なお、上記第２の判定モードは、それぞれＡＶＲ（低電圧電源装置）に対して特別な追加や変更をすることなく、入出力電圧の変化のタイミングを外部からモニターすることで、劣化検知を実現できる。つまり、既存の一般的なＡＶＲに適用できる。
【００３７】
なお、上記実施例の劣化検知装置では、電源制御用ＩＣ１３の動作繰返し時間Ｔｒが予め設定されたしきい値Ｔｈを越えた場合に劣化と判定するモードと、電源起動遅れ時間Ｔｄが減少から増加へ変換したことを検出した場合に劣化と判定するモードとを備え、いずれの判定モードで動作するかモード切替えスイッチで選択できるように構成したものについて説明したが、いずれ一方の判定モードでのみ動作する劣化検知装置として構成することも可能である。
さらに、電源起動遅れ時間Ｔｄが減少から増加へ変換したか否か判定する機能と、動作繰返し時間Ｔｒが予め設定されたしきい値Ｔｈを越えたか否か判定する機能とを備え、２つ判定結果の論理積をとって劣化と決定するようにしてもよい。また、劣化検知装置に上記３つの判定モードを設けて、モード切替えスイッチまたは外部からの指令で、いずれか１つの判定モードで動作可能に構成しても良い。
【００３８】
また、動作繰返し時間Ｔｒと電源制御用ＩＣの動作開始時間Ｔｓは、使用するコンデンサによってそれぞれ異なる特性を有するので、両方の特性を反映する電源起動遅れ時間の変換点を検出して判定するモードの方が精度の高い判定結果が得られる。一方、この判定モードを実施するには、前回の測定値を記憶する不揮発性メモリが必要になるので、装置のコストは高くなる。従って、いずれ１つの判定モードで動作する劣化検知装置を構成する場合には、コストを優先するか判定制度を優先するかに応じて、適用する判定モードを決定するようにすればよい。
【００３９】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば上記実施例では、補助電源回路を構成する平滑用コンデンサとしてアルミ電解コンデンサを使用している電源装置について説明したが、アルミ電解コンデンサ以外のコンデンサを使用する電源装置に適用するようにしても良い。また、上記実施例では、鉄道車両に搭載される低電圧電源装置に適用した場合について説明したが、アルミ電解コンデンサを使用する電源装置であれば、鉄道車両搭載用以外の一般的な低電圧電源装置やＡＣ−ＤＣコンバータにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  低電圧電源装置
１１  フィルタ回路
１２  トランス
１３  電源制御回路（電源制御用ＩＣ）
１４  出力電圧検出回路
１６  補助電源回路
２０  劣化検知装置
２１  端子台
２５  データ処理装置
【図１】
2016201934.tif 000003
【図２】
2016201934.tif 000004
【図３】
2016201934.tif 000005
【図４】
2016201934.tif 000006