CN106208674A - 具备预防维护功能的开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备预防维护功能的开关电源。设计开关电源，从而在由于扼流圈和输出电容器的恶化，输出电压成为预先规定的电压范围以外之前，开关频率成为预先规定的范围以外。通过在具有上述特性的开关电源中设置的开关频率监视部监视开关波形，并且观察动作频率是否收纳在预定的容许范围内，由此判定开关电源是否进行正常动作。

Description

具备预防维护功能的开关电源

技术领域

本发明涉及一种开关电源，特别涉及一种具备预防维护功能的开关电源，该预防维护功能检测在输出电压降低前电源动作变得不稳定的情况。

背景技术

开关电源主要通过脉冲宽度调制控制(PWM控制)来输出恒压。说明对包含这种开关电源的电源电路的异常进行检测的现有技术的几个例子。

(第一现有技术例)

例如日本特开02-145977号公报和日本特开2005-172653号公报中公开将监视输出电压的电路装入到包含开关电源的电源电路中来检测电源电路的异常。在该现有技术中，如图4所示，通过将电压监视电路装入到电源中来监视输出电压，能够在系统中识别该电源是否没有异常。

(第二现有技术例)

例如日本特开平05-056629号公报中公开了通过将运转状况与用于推定恶化的进展度(寿命)的推定模型进行对照，来推定剩余寿命。

(第三现有技术例)

日本特开2002-153064号公报和日本特开2001-275344号公报中公开一种开关电源电路，监视开关电源的开关波形，在该监视到的值(开关频率等)为预定的阈值范围以外时，检测电源电路的异常。

但是，上述现有技术例存在以下所示的问题。

在上述第一现有技术例中，当由于输出电容器的老化等原因成为偏离监视电压的输出电压时，能够通过具备电压监视电路的电源电路来检测异常。但是，当该监视电压的阈值低时，如图5所示，检测出异常后到产生不良的期间变短，更换部件的安排如果不及时则可能成为动作突然停止的主要原因。

另一方面，如果超出需要地提高监视电压的阈值，虽然能够获得从检测出异常后到产生不良为止的为了安排更换部件等所需要的期间，但是作为副作用如图5所示那样正常动作期间变短，结果成本上升。

另外，在该电源电路中，电压监视IC通过DC电平进行监视，因此还存在以下的问题：需要另外设置对影响电源精度的纹波电压进行监视的结构。

在上述第二现有技术例中没有使用反映了实际的电路状态的模型，因此虽然该技术能够对应于可应用推定模型的状况，但是在发生了与推定模型不同的恶化模式的情况下，在比推定出的剩余寿命短的期间发生不良，因此成为动作突然停止的主要原因。

并且，在上述第三现有技术例中，作为监视开关频率的对象设想了绝缘型AC-DC变换器的开关电源。这种绝缘型AC-DC变换器的开关电源是高功率的应用，因此部件的恶化进展快，在如该现有技术例那样没有设定开关频率发生异常后的开关电源的动作(特性)的状况下，难以设定用于恰当地确保从检测出开关频率异常到输出电源异常为止的期间的监视阈值，因此作为预防维护的效果低。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够检测在输出电压下降之前电源动作变得不稳定的情况的开关电源。

本发明的开关电源具备输出用于将输入电压控制为恒定的输出电压的PWM波形的电源控制部、使上述电源控制部输出的PWM波形平滑化的扼流圈以及输出电容器，开关频率监视部，其测量上述PWM波形的开关频率；以及警报输出部，其判定上述开关频率监视部测量到的开关频率是否收纳在预先规定的频率范围内，当未收纳在上述范围内时输出预防维护警报。并且，上述电源控制部进行控制，从而在由于上述扼流圈以及上述输出电容器的恶化输出电压成为预先规定的电压范围以外之前，开关频率成为上述预先规定的频率范围以外。

上述开关电源还具备监视输出电压的输出电压监视部，上述警报输出部判定上述输出电压监视部测量出的输出电压是否收纳在上述预先规定的电压范围内，当未收纳在上述范围内时输出装置更换警报。

本发明中，成为实际电路的不良预兆的动作成为触发，因此能够进行反映了电路状态的预防维护，不会产生在现有技术中产生的由于设定不恰当的阈值而引起的副作用。

另外，通过使用在发生开关频率的异常后发生输出电压异常的开关电源，能够确保从检测出异常到产生不良的期间，并且，还监视输出电压，由此能够在输出电压异常的定时进行装置更换，因此能够谋求使维护周期成为长周期。

附图说明

通过参照附图对以下的实施例进行说明，本发明的上述以及其他的目的、特征会变得明确。在这些附图中：

图1是说明本发明的开关电源的功能概要的图。

图2是本发明的一个实施方式的开关电源的概要结构图。

图3是说明本发明的开关电源的特性的图。

图4是现有技术的开关电源的概要结构图。

图5是说明现有技术的开关电源的问题的图。

具体实施方式

参照图1说明本发明的开关电源的功能概要。

设计本发明的开关电源，从而在由于扼流圈和输出电容器的恶化，输出电压成为预先规定的电压范围以外之前，开关频率成为预先规定的范围以外。

本发明中，在具有上述特性的开关电源中设置开关频率监视部，通过该开关频率监视部来监视开关波形，并且观察动作频率是否收纳在预定的容许范围内，由此判定开关电源是否进行正常动作。

如上所述将本发明中使用的开关电源设计为：由于其特性，即使在开关波形中出现紊乱从而动作频率中产生变动，在该阶段输出电压也不会大幅降低(变动)。因此，开关波形变动的检测成为预防维护的触发。

使用图2说明本发明的一实施方式的开关电源的概要结构。

开关电源1具备电源控制部10、扼流圈11、输出电容器12、开关频率监视部13、输出电压监视部14以及警报输出部15。

电源控制部10对输入电压进行脉冲宽度调制控制(PWM控制)，输出开关波形信号。在该电源控制部10的内部，控制其输出信号从而在输出电压由于扼流圈11和输出电容器12的恶化而成为预先规定的电压范围以外之前，开关频率成为预先规定的范围以外。通过调节该电源控制部10中内置的相位补偿电路的各个常数来进行这样的电源控制部10的输出信号的控制。

例如，如图3所示，调节相位补偿电路的各个常数，从而在使用的扼流圈以及输出电容器具有正常的特性值时(“使用正常的部件”)具有恰当的相位余裕，在恶化从而具有异常的特性值时(“使用实际上已恶化的部件”)，相位余裕降低，并且进行设计从而在扼流圈以及输入电容器恶化时开关频率为预先规定的范围以外。当电源控制部10为数字控制时，同样地调节PID参数等控制参数。

扼流圈11和输出电容器12作为从电源控制部10输出的开关波形信号的输出滤波器(平滑电路)发挥功能，输出平滑化后的输出电压。

使得由扼流圈和输出电容器构成的低通滤波器的时间常数()相对于在开关波形中出现紊乱时的开关频率增大，由此即使开关波形中出现紊乱输出电压也不会大幅降低(变动)。例如，设计低通滤波器的时间常数，以使在开关波形信号中出现紊乱时的开关频率成为上述低通滤波器的切断频率( )的10倍以上的频率。

开关频率监视部13监视从电源控制部10输出的开关波形信号，判定该开关波形信号的开关频率是否进入到预先规定的范围，当开关频率离开预先规定的范围时指令警报输出部15输出预防维护警报。开关频率监视部13由CPU、存储器以及DSP等构成。

输出电压监视部14监视开关电源的输出电压，判定该输出电压是否在预先设定的电压值的范围内，当输出电压为预先规定的范围外时，指令警报输出部15输出装置更换警报。输出电压监视部14由比较电路等构成，该比较电路与设定的最大电压值V_H、最小电压值V_L等进行比较。

警报输出部15按照来自开关频率监视部13的预防维护警报输出指令或来自输出电压监视部14的装置更换警报输出指令，输出预防维护警报或装置更换警报。警报的输出可以作为LED等的视觉警报来输出，也可以通过声音等来输出，只要以用户能够区别各个警报的方式输出，可以采用任意的输出方式。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不仅限于上述的实施方式的例子，通过增加适当的变更能够通过各种方式来实施。

Claims (3)

1.一种开关电源，其具备输出用于将输入电压控制为恒定的输出电压的PWM波形的电源控制部、使上述电源控制部输出的PWM波形平滑化的扼流圈以及输出电容器，上述开关电源的特征在于，

在开关电源中具备：

开关频率监视部，其测量上述PWM波形的开关频率；以及

警报输出部，其判定上述开关频率监视部测量到的开关频率是否收纳在预先规定的频率范围内，当未收纳在上述范围内时输出预防维护警报，

将上述电源控制部构成为进行控制，从而在由于上述扼流圈以及上述输出电容器的恶化输出电压成为预先规定的电压范围以外之前，开关频率成为上述预先规定的频率范围以外。

2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，

还具备监视输出电压的输出电压监视部，

上述警报输出部判定上述输出电压监视部测量出的输出电压是否收纳在上述预先规定的电压范围内，当未收纳在上述范围内时输出装置更换警报。

3.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，

上述电源控制部内置相位补偿电路，通过调节该相位补偿电路的各常数来进行该电源控制部的上述控制。