JP2000350448A

JP2000350448A - スイッチング電源装置

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Publication number: JP2000350448A
Application number: JP11154734A
Authority: JP
Inventors: Seiji Oka; 誠治岡
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-12-15
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: JP3591703B2

Abstract

(57)【要約】【課題】寿命が検知されたコンデンサの破裂、破損ま
での時間を延長するとともに、負荷への影響を低減して
交換時期に余裕を持たせることができるスイッチング電
源装置を提供する。【解決手段】寿命検知手段１４では、コンデンサ１２
のリプル電圧を検出して出力電流およびコンデンサ１２
の温度で補正し、補正したリプル電圧が、基準値を越え
たときに、寿命であるとして寿命検知出力をＬＥＤ１６
に与えて点灯させるとともに、周波数制御手段１５に与
えて制御回路８によるスイッチング周波数を高くするよ
うにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置に関し、さらに詳しくは、スイッチング電源装置の
寿命時における保護に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スイッチング電源の寿命の診断と
しては、例えば、スイッチング電源に使用される回路部
品の中で、寿命が一番短い電解コンデンサの寿命を診断
することにより行うものがある。

【０００３】例えば、特開平８−１９２４７号公報で
は、図７に示されるように、スイッチング電源の出力
を、ハイパスフィルタ３０を通して、電解コンデンサの
経年変化に伴って増大するリプルノイズ成分のみを抽出
し、さらに、リプルノイズ成分を、アンプ３１で増幅し
て検出器３３で基準電圧発生器３２の基準電圧と比較し
て寿命を判定し、寿命であるときには、警報発生器３４
で警報を発するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来例では、電解コンデンサの寿命を検知するのみ
であり、したがって、寿命が検知されて警報が発せられ
た後に、早期にスイッチング電源の交換が行われれば問
題はないけれども、寿命間近の電解コンデンサは、その
劣化速度が加速されるために、交換時期が遅れると、電
解コンデンサの破裂、破損が発生して出力が得られず、
システムがダウンしたり、リプル電流の増大によって負
荷がその影響を受けて誤動作する虞れがある。

【０００５】一方、早めに寿命と判定して警報を発して
交換することも考えられるが、それでは、寿命に至って
いないスイッチング電源を交換することになってコスト
アップとなる。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、寿命が検知されたコンデンサの破裂、破損ま
での時間を延長するとともに、負荷への影響を低減して
交換時期に余裕を持たせることができるスイッチング電
源装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【０００８】すなわち、請求項１のスイッチング電源装
置は、コンデンサを備えるスイッチング電源装置におい
て、前記コンデンサの寿命を検知する寿命検知手段と、
前記寿命検知手段の検知出力に基づいて、コンデンサの
寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くす
る周波数制御手段とを備えている。

【０００９】請求項２のスイッチング電源装置は、請求
項１の発明において、前記寿命検知手段は、前記コンデ
ンサの出力リプルを検出するリプル検出手段と、このリ
プル検出手段の検出出力と基準値とを比較する比較手段
とを備えている。

【００１０】請求項３のスイッチング電源装置は、請求
項２の発明において、前記寿命検知手段は、コンデンサ
の温度を検出する温度検出手段およびコンデンサの出力
電流を検出する電流検出手段の少なくとも一方と、前記
リプル検出手段の検出出力を、前記温度検出手段の検出
出力および電流検出手段の検出出力の少なくとも一方の
検出出力に基づいて補正する補正手段とを備え、前記比
較手段は、前記補正手段で補正されたリプル検出手段の
検出出力と前記基準値とを比較するものである。

【００１１】請求項４のスイッチング電源装置は、請求
項１ないし３のいずれかの発明において、交流入力を整
流平滑する入力整流平滑回路と、この入力整流平滑回路
の出力端間に接続されたスイッチング素子およびトラン
スの一次巻線からなる直列回路と、前記トランスの二次
巻線に接続された出力整流平滑回路と、この出力整流平
滑回路の出力に基づいて前記スイッチング素子を制御す
る制御回路とを備え、前記入力平滑回路および前記出力
整流平滑回路は、それぞれコンデンサを有し、前記寿命
検知手段は、前記両コンデンサのいずれか一方のコンデ
ンサの寿命を検知するものである。

【００１２】請求項５のスイッチング電源装置は、請求
項１ないし４のいずれかの発明において、前記寿命検知
手段の検知出力に基づいて、コンデンサの寿命が検知さ
れたときに、それを報知する報知手段を備えている。

【００１３】（作用）請求項１のスイッチング電源装置
によれば、コンデンサの寿命が検知されたときに、スイ
ッチング周波数を高くするので、コンデンサのリプル電
流を小さくできることになり、コンデンサの等価直列抵
抗の増加によるコンデンサの内部発熱を抑制できること
になり、コンデンサの破裂、破損までの時間を延長でき
ることになる。

【００１４】請求項２のスイッチング電源装置によれ
ば、コンデンサの劣化に伴う等価直列抵抗の増加によっ
て増大するリプルを検出して基準値と比較することによ
ってコンデンサの寿命を検知できる。

【００１５】請求項３のスイッチング電源装置によれ
ば、コンデンサの温度およびスイッチング電源装置の出
力電流の少なくとも一方によってリプル検出手段の検出
出力を補正するので、使用条件に応じてより正確にコン
デンサの寿命検知が可能となる。

【００１６】請求項４のスイッチング電源装置によれ
ば、一次（入力）側あるいは二次（出力）側のコンデン
サの寿命を検知してスイッチング周波数を高くすること
ができ、これによって、コンデンサのリプル電流を小さ
くできることになり、コンデンサの破裂、破損までの時
間を延長できることになる。

【００１７】請求項５のスイッチング電源装置によれ
ば、コンデンサの寿命が検知されたときに、それを報知
する報知手段を備えているので、報知があったときに、
交換の時期が到来したことを把握できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
の形態について詳細に説明する。

【００１９】（実施の形態１）図１は、本発明の一つの
実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成図であ
る。

【００２０】この実施の形態のスイッチング電源装置
は、交流電源１に、交流フィルタ２を介して接続された
ダイオードブリッジからなる整流回路３と、この整流回
路３の一対の出力ライン間には、平滑用コンデンサ４が
接続されており、整流回路３と平滑用のコンデンサ４と
によって入力整流平滑回路５が構成される。この入力整
流平滑回路５の出力端間には、高周波トランス６の一次
巻線６ａを介してＦＥＴからなるスイッチング素子７が
接続されており、このスイッチング素子７が制御回路８
の出力によってオンオフ制御される。高周波トランス６
の二次巻線６ｂは、ダイオード９，１０と、リアクトル
１１と、コンデンサ１２とからなる出力整流平滑回路１
３を介して図示しない負荷に接続される。

【００２１】制御回路８は、出力電圧を検出して基準電
圧と比較してスイッチング素子７のオンオフを制御して
交流入力が変化しても出力電圧を安定化して出力できる
ように制御するものである。

【００２２】この実施の形態のスイッチング電源装置で
は、当該スイッチング電源装置の寿命として二次側の電
解コンデンサからなるコンデンサ１２の寿命を検知する
寿命検知手段１４と、この寿命検知手段１４の検知出力
に基づいて、コンデンサの寿命が検知されたときに、ス
イッチング素子７のスイッチング周波数を高くする周波
数制御手段１５と、寿命検知手段１４の検知出力に基づ
いて、コンデンサの寿命が検知されたときに、それを点
灯して報知する報知手段としてのＬＥＤ１６とを備えて
いる。

【００２３】この実施の形態の寿命検知手段１４は、コ
ンデンサ１２のリプル電圧に基づいて寿命を検知するも
のであって、コンデンサ１２の出力リプル電圧のピーク
値（Ｖｐ−Ｖｐ）を検出するリプル電圧検出部１７と、
コンデンサ１２の温度を検出する温度検出部１８と、コ
ンデンサ１２の出力電流を検出する電流検出部１９と、
リプル電圧検出部１７の検出出力を、温度検出部１８お
よび電流検出部１９の検出出力に基づいて補正する補正
部２０と、補正されたリプル電圧検出部１７の検出出力
と基準値とを比較して基準値を越えたときに、コンデン
サ１２の寿命であるとして検知出力を与えるとともに、
その検知出力を保持（ラッチ）する比較器２１とを備え
ている。コンデンサ１２の温度は、例えば、コンデンサ
ケースの温度として検出される。

【００２４】この実施の形態では、リプル電圧を検出し
て基準値と比較するのではなく、検出したリプル電圧
を、コンデンサ１２の温度およびコンデンサ１２の出力
電流に基づいて、補正部２０で補正した後に基準値と比
較するようにしており、この補正部２０では、検出され
たリプル電圧を、一定の温度（例えば２０°Ｃ）および
一定の出力電流（負荷）に換算補正するものであり、使
用条件によるリプル電圧の変動を補正してその影響をな
くすものである。この補正は、例えば、予め実験的ある
いは理論的に求めた補正式や補正用のテーブルなどを利
用して行われる。

【００２５】なお、本発明の他の実施の形態として、温
度または出力電流のいずれか一方のみで補正してもよい
し、温度および出力電流による補正を省略してもよい。

【００２６】ＬＥＤ１６は、コンデンサの寿命が検知さ
れて寿命検知手段１４から検知出力が与えられると、点
灯表示して寿命が到来したことを報知するものである。

【００２７】寿命検知手段１４の検知出力に基づいて、
コンデンサ１２の寿命が検知されたときに、スイッチン
グ周波数を高くする周波数制御手段１５は、ＲＣ発振部
２２と、このＲＣ発振部２２の発振周波数を規定する第
１，第２抵抗Ｒ１，Ｒ２およびコンデンサＣと、第２抵
抗Ｒ２をＲＣ発振部２２に接続するか否かを切り換え選
択するスイッチとしてのトランジスタＴＲとを備えてお
り、コンデンサ１２の寿命が検知されて寿命検知手段１
４からハイレベルの検知出力が与えられると、トランジ
スタＴＲがオンし、ＲＣ発振部２２に第２抵抗Ｒ２が介
装されて抵抗値が下がり、これによって、スイッチング
素子７のスイッチングのための発振周波数が高くなる。
すなわち、制御回路８は、このＲＣ発振部２２からの発
振周波数をスイッチング周波数としてスイッチング素子
７をオンオフ制御する。なお、交流入力が変化しても出
力電圧を安定化して出力できるようにＰＷＭ制御する制
御回路８は、スイッチング周波数が高くなることによっ
て、自動的にフィードッバックがかかってデューティが
制御されることになる。

【００２８】なお、制御回路８および周波数制御手段１
５は、一体にＩＣ化してもよい。

【００２９】図２は、以上の動作説明に供するフローチ
ャートであり、先ず、コンデンサ１２のリプル電圧Ｘを
検出し（ステップｎ１）、この検出したリプル電圧Ｘ
を、コンデンサの温度Ｔおよび出力電流Ｉを用いて補正
して補正値Ｘ’を得（ステップｎ２）、寿命診断のため
の基準値Ｘｌｉｍｉｔを越えたか否かを判断し（ステッ
プｎ３）、越えたときには、寿命であるとして、ＬＥＤ
１６を点灯して報知（警告）するとともに（ステップｎ
４）、スイッチング周波数を高くし（ステップｎ５）、
ＬＥＤ１６の点灯によって寿命が到来したことを知った
ユーザがスイッチング電源を交換することになる（ステ
ップｎ５）。

【００３０】図３ないし図５は、以上の動作説明に供す
る信号波形図であり、図３は、寿命が到来していない正
常時、図４は、寿命が到来した寿命時、図５は、寿命の
到来が検知されてスイッチング周波数が切り換えられた
後の各状態を示すものであり、各図（Ａ）はリプル電
圧、各図（Ｂ）は検出補正されたリプル電圧の補正値
（実線）および基準値（破線）、各図（Ｃ）はＲＣ発振
部２２の発振周波数、すなわち、スイッチング周波数を
それぞれ示している。

【００３１】図３に示される寿命が到来していない正常
時においては、リプル電圧Ｖｒ０の補正値は、基準値を
下回っており、通常の発振周波数ｆ０でスイッチングが
行われる。コンデンサの寿命が到来すると、図４に示さ
れるようにコンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）が増加
してリプル電圧Ｖｒ１の補正値が基準値を上回ることに
なる。そこで、図５に示されるようにＲＣ発振部２２の
発振周波数をｆ０からｆ１に高くしてリプル電圧Ｖｒ２
を抑制するものである。

【００３２】以上のようにコンデンサ１２の寿命が検知
されると、スイッチング周波数を高くするので、コンデ
ンサ１２のリプル電流を小さくできることになり、これ
によって、コンデンサ１２の等価直列抵抗の増加による
内部発熱を抑制できることになり、コンデンサの破裂、
破損までの時間を延長できることになる。したがって、
スイッチング電源装置の交換時期を延ばして余裕をもっ
て交換できることになる。

【００３３】（実施の形態２）図６は、本発明の他の実
施の形態に係るスイッチング電源装置の構成図であり、
上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付
す。

【００３４】上述の実施の形態では、二次（出力）側の
コンデンサ１２の寿命を検知したのに対して、この実施
の形態では、一次（入力）側の平滑用のコンデンサ４の
寿命を検知するようにしている。

【００３５】すなわち、この実施の形態のスイッチング
電源装置は、当該スイッチング電源装置の寿命として一
次側の電解コンデンサからなる平滑用のコンデンサ４の
寿命を検知する寿命検知手段１４ａと、この寿命検知手
段１４ａの検知出力に基づいて、コンデンサ４の寿命が
検知されたときに、スイッチング周波数を高くする周波
数制御手段１５ａと、寿命検知手段１４ａの検知出力に
基づいて、コンデンサ４の寿命が検知されたときに、そ
れを報知する報知手段としてのブザ２３とを備えてい
る。

【００３６】この実施の形態の寿命検知手段１４ａは、
コンデンサ４の出力リプル電圧のピーク値（Ｖｐ−Ｖ
ｐ）を検出するリプル電圧検出部１７ａと、コンデンサ
４の温度を検出する温度検出部１８ａと、コンデンサ４
の出力電流（一次電流）を検出する電流検出部１９ａ
と、リプル電圧検出部１７ａの検出出力を、温度検出部
１８ａおよび電流検出部１９ａの検出出力に基づいて補
正する補正部２０ａと、補正されたリプル電圧検出部１
７ａの検出出力と基準値とを比較して基準値を越えたと
きに、コンデンサ４の寿命であるとして検知出力を与え
る比較器２１とを備えている。

【００３７】寿命検知手段１４ａの検知出力に基づい
て、コンデンサ４の寿命が検知されたときに、スイッチ
ング周波数を高くする周波数制御手段１５ａは、アナロ
グ入力電圧の大きさに比例した周期のデジタルパルス列
を出力するＶ／Ｆ変換部２４と、第２電源電圧Ｖｃｃ２
をＶ／Ｆ変換部２４に接続するか否かを切り換え選択す
るスイッチとしてのトランジスタＴＲを備えており、コ
ンデンサ４の寿命が検知されて寿命検知手段１４ａから
ハイレベルの検知出力が与えられると、トランジスタＴ
Ｒがオンし、Ｖ／Ｆ変換部２４への入力電圧が、電源電
圧Ｖｃｃ１よりも高いＶｃｃ２となって高い周波数のパ
ルスが出力される。制御回路８は、このパルスを外部ク
ロックとして内部の発振回路の発振周波数をパルス周波
数に一致させてそれをスイッチング周波数としてスイッ
チング素子７を制御する。

【００３８】このように入力側の平滑用のコンデンサ４
の寿命が検知されると、スイッチング周波数を高くして
コンデンサ４の内部発熱を抑制して破裂、破損までの時
間を延長できることになり、スイッチング電源装置の交
換時期を延ばして余裕をもって交換できることになる。

【００３９】（その他の実施の形態）上述の各実施の形
態では、コンデンサのリプル電圧に基づいて、コンデン
サの寿命を検知したけれども、本発明の他の実施の形態
として、例えば、コンデンサの温度の時間積算値を計測
し、それに基づいて寿命を検知するようにしてもよい。

【００４０】上述の各実施の形態を組み合わせてもよ
く、例えば、一次側および二次側のコンデンサの寿命を
検知していずれかの寿命が検知されたときに、スイッチ
ング周波数を高めるようにしてもよい。また、実施の形
態１と実施の形態２との周波数制御手段の構成を入れ替
えてもよい。

【００４１】また、上述の各実施の形態では、スイッチ
ング周波数を、通常の周波数から高い周波数に切り換え
たけれども、本発明の他の実施の形態として、検出され
るリプル電圧に応じて、さらに多段階あるいは無段階に
周波数を変化させるようにしてもよい。

【００４２】上述の各実施の形態では、リプル電圧の検
出値を補正したけれども、本発明の他の実施の形態とし
て、リプル電圧の検出値を補正するのではなく、基準値
を、使用条件に適合するように補正してもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、コンデン
サの寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高
くするので、コンデンサのリプル電流を小さくできるこ
とになり、これによって、負荷への悪影響を低減できる
とともに、コンデンサの内部発熱を抑制して破裂、破損
までの時間を延長できることになり、スイッチング電源
装置の交換時期を延ばして余裕をもって交換できること
になる。

【００４４】また、コンデンサの温度およびスイッチン
グ電源装置の出力電流の少なくとも一方によってリプル
検出手段の検出出力を補正するので、使用条件に応じて
より正確にコンデンサの寿命検知が可能となる。

【００４５】さらに、コンデンサの寿命が検知されたと
きに、それを報知する報知手段を備えているので、報知
があったときに、交換の時期が到来したことを把握でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態に係るスイッチング
電源装置のブロック図である。

【図２】図１の動作説明に供するフローチャートであ
る。

【図３】正常時の動作説明に供する信号波形図である。

【図４】寿命時の動作説明に供する信号波形図である。

【図５】寿命検知後にスイッチング周波数を切換えた時
の信号波形図である。

【図６】本発明の他の実施の形態に係るスイッチング電
源装置のブロック図である。

【図７】従来例のブロック図である。

【符号の説明】

１交流電源３整流回路４，１２コンデンサ５入力整流平滑回路６高周波トランス１３出力整流平滑回路１４，１４ａ寿命検知手段１５，１５ａ周波数制御手段１６ＬＥＤ２３ブザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G036 AA07 AA24 BA37 BB02 CA06 CA08 5G065 BA00 DA06 DA07 EA06 HA04 HA12 JA01 LA01 LA02 LA07 MA01 MA03 MA09 MA10 NA01 NA09 5H730 AA12 AA13 AS01 BB23 CC01 DD04 EE08 FD01 FD21 FD31 FG05 FG07 FG22 XX03 XX19 XX23 XX32 XX33 XX38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンデンサを備えるスイッチング電源装
置において、前記コンデンサの寿命を検知する寿命検知手段と、前記寿命検知手段の検知出力に基づいて、コンデンサの
寿命が検知されたときに、スイッチング周波数を高くす
る周波数制御手段と、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】前記寿命検知手段は、前記コンデンサの
出力リプルを検出するリプル検出手段と、このリプル検
出手段の検出出力と基準値とを比較する比較手段とを備
える請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】前記寿命検知手段は、前記コンデンサの
温度を検出する温度検出手段および前記コンデンサの出
力電流を検出する電流検出手段の少なくとも一方と、前
記リプル検出手段の検出出力を、前記温度検出手段の検
出出力および電流検出手段の検出出力の少なくとも一方
の検出出力に基づいて補正する補正手段とを備え、前記比較手段は、前記補正手段で補正されたリプル検出
手段の検出出力と前記基準値とを比較する請求項２記載
のスイッチング電源装置。
【請求項４】交流入力を整流平滑する入力整流平滑回
路と、この入力整流平滑回路の出力端間に接続されたス
イッチング素子およびトランスの一次巻線からなる直列
回路と、前記トランスの二次巻線に接続された出力整流
平滑回路と、この出力整流平滑回路の出力に基づいて前
記スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、前記入力平滑回路および前記出力整流平滑回路は、それ
ぞれコンデンサを有し、前記寿命検知手段は、前記両コンデンサのいずれか一方
のコンデンサの寿命を検知するものである請求項１ない
し３のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】前記寿命検知手段の検知出力に基づい
て、コンデンサの寿命が検知されたときに、それを報知
する報知手段を備える請求項１ないし４のいずれかに記
載のスイッチング電源装置。