JP2004320870A - Power supply deterioration judging apparatus and program - Google Patents

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桂二 力丸
Sadayuki Iwasa
貞之 岩佐
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Mitsuru Hamano
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for judging the lifetime based on the use temperature of a power supply device. <P>SOLUTION: The apparatus is provide with a sensor that measures the use ambient temperature of the power supply device and an accumulated operation time counter that counts and records accumulated operation time corresponding to the use ambient temperature of the power supply device based on the measured value of the sensor. The apparatus judges the deterioration and the lifetime of the power supply device by using the counted value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置の寿命を判別することに関し、特に電源の劣化度を判別する電源用劣化判別装置及びプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電源装置は各種機器に電力を安定して供給することが要求される。一般的に電源装置も含め機器の寿命は使用部品不良や製造ミス等による初期不良及び外乱等による偶発故障を除けば設計時に設定した使用時の周囲温度に基づく期待寿命(即ち、この温度で使用したときの摩耗故障期間)になるまで正常な稼働が期待できる。従って、電源装置の累積稼働時間が判れば電源装置の残存寿命が推定でき、故障により電力供給ができなくなるという問題が発生する前に電源装置を交換することができる。
【0003】
また、電源装置の期待寿命において支配的な影響を及ぼす使用部品の1つはアルミ電解コンデンサであることが知られている。アルミ電解コンデンサの寿命は、環境条件と電気的条件により大きな影響を受ける。電気的条件はほぼ設計条件により決定され、経年変化は少ない。一方、環境条件は、使用時の周囲温度による寿命への影響が著しく、温度の上昇は静電容量(C)の減少、損失角の正接(tanδ)の増大となって現れる。
【0004】
この電気的特性の経年変化と周囲温度との間には実験的に(式1)が成立し、温度と化学反応速度に関して成立するアーレニウスの化学反応律則式に類似することが知られており、温度とアルミ電解コンデンサの寿命との関係のアーレニウス則と呼ばれている。具体的には、周囲温度が10℃低下すると寿命は2倍になり10℃上昇すると寿命は1/2になる。このアーレニウス則を適用することよって周囲温度が判ればアルミ電解コンデンサの寿命を推定することができる。
Lx=Lo・B(To−Tx)/10 ・・・(式1)
但し、Lo:使用可能上限温度において定格電圧印加または定格リップル電流重畳時の規定寿命(時間)
Lx:実使用時の推定寿命(時間)
To:使用可能上限温度(℃)
Tx:実使用時の周囲温度(℃)
B :温度加速係数(To以下においてB≒2)
従って、電源装置、特にアルミ電解コンデンサの累積稼働時間に加えてアルミ電解コンデンサの周囲温度すなわち電源装置内部の場所の温度を記録・読み出すことができれば、電源装置の残存寿命をより精度よく推定することができる。
【0005】
しかしながら、従来、累積稼働時間を記録する従来装置は存在し無い。更に、使用時の周囲温度を考慮して温度毎の稼働時間を記録する従来装置は存在しない。更に、温度毎の稼働時間に基づく劣化の判別を行う従来装置も存在し無い。
従来は、1日10時間一定と仮定した1日あたりの稼働時間と、電源装置の出荷日や稼働開始日等を使用開始日と見なして算出した稼働日数を乗じて求まる時間を電源装置の累積稼働時間としていた。
また、電源装置内の温度については、上記式1のLoは使用する電解コンデンサの仕様によって決定され、製造メーカ及び品種により異なる。例えば、メーカが対象とする電解コンデンサの期待寿命定格値Loを、周囲温度100℃においてLo=2、000時間と設定した場合、電源装置の設計仕様の動作周囲温度Txを50℃とすると、電解コンデンサの期待寿命Lxは前記(式1)により、Lx=2000・2(100−50)/10=64000時間となる。従って、周囲温度50℃以下で使用すればこの電源装置は64000時間の寿命が期待できる。
しかし、周囲温度70℃で使用した場合は、Lx=2000・2(100−70)/10=8000時間となり、設計時の期待寿命と大きな差異がでてしまう。
また、Txは使用環境から類推した一定温度を用いているので、実際の使用中の温度が変化すると寿命の推定が更に不正確となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、電源装置の累積実稼働時間と前記従来手法によって算出した累計稼働時間は必ずしも一致しないためメンテナンスを適切なタイミングで実施できないという問題があった。
また、実稼働状態における電源装置内部の任意場所の温度と前記従来手法によって決定した周囲温度は必ずしも一致しないため、設計時に設定した期待寿命と現実の寿命とが対応しない問題があった。特に設計条件で設定した周囲温度より温度が高い場合には寿命が設計期待寿命値より短くなり早く故障してしまうという問題があった。
【0007】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、電源装置の適切なメンテナンス実施時期を知らせると共に電源装置の実際の劣化状態を正しく判別することにより寿命を精度よく推定することができ、かつセンターで集中管理が可能である電源用劣化判別装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源装置の累積稼働時間をカウントし、記録する累積稼働時間カウンタを備える電源用劣化判別装置を特徴とする。
【0009】
本発明は、電源装置の使用周囲温度を計測するセンサと、該センサの計測値に基づいて電源装置の使用周囲温度に対応した累積稼働時間をカウントし、記録する累積稼働時間カウンタを備えた電源用劣化判別装置を特徴とする。
【0010】
また、本発明は、前記累積稼働時間を予め定めた設定時間と比較し、この結果に基づいて前記電源装置の劣化判別のための信号を外部に出力する出力部を備えることを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、前記累積稼働時間カウンタを前記電源装置の出力電圧レベルに応じて起動・停止する手段と、該停止時の該累積稼働時間タウンタ値を保持して、該起動時に該停止時の累積稼働時間カウンタ値を該累積稼働時間カウンタにロードする手段とを備えることを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、電源装置の使用周囲温度に対応した各々の累積稼働時間をカウントする第1のステップと、この第1のステップの各々のカウント値に基づいて各々の使用周囲温度での電源装置の劣化度を決定する第2のステップと、第2のステップで決定された各々の劣化度に基づいて該電源装置の劣化度を決定する第3のステップとを実行する電源装置の劣化度判別用のプログラムを特徴とする。
【0013】
また、本発明は、前記第3のステップで決定された劣化度に余裕度を待たせて前記電源装置の寿命を決定する第4のステップを更に含むことを特徴とする。
また、本発明は、前記第1のステップのカウント値をセンタに伝送する第5のステップを更に含むことを特徴とする。
【0014】
【作用】
したがって、第一の特徴として、電源装置の累積稼働時間を演算し記録する機能を備えている。第一の特徴によれば、記録されている累積稼働時間を読み出すことにより電源装置の正確な累積稼働時間を知ることができる。第二の特徴として、電源装置の周囲温度を計測し予め定めた温度帯域毎の累積稼働時間を演算し記録する機能を備えている。第二の特徴によれば、記録されている温度帯域毎の累積稼働時間を読み出すことにより電源装置の周辺温度−累積稼働時間の実績データを正確に知ることができる。第三の特徴として、前記累積稼働時間が予め定めた設定時間を越えたことを外部に知らせる機能を備えている。第三の特徴によれば、電源装置の正確な累積稼働時間が判るので、外部に出力される警報出力により予め定めた適切なタイミングで電源装置のメンテナンスを実施することができる。第四の特徴として、電源装置の出力電圧を監視し前記電源装置の累積稼働時間及び前記温度帯域毎の累積稼働時間の記録動作の起動・停止制御を行うように構成されている。第四の特徴によれば、電源装置の正確な稼働状態を判断できるので精度よく累積稼働時間を記録することができる。
第五の特徴として、部品の劣化度を求め寿命を正確に判別する機能を備えている。第五の特徴によれば、使用温度の累積稼働時間に対応して寿命が判別できる。第六の特徴として、警報を出力するタイミングを予め若干早めに設定しておけば電源装置が摩耗故障に至る前に交換する事が可能になる。第七の特徴として、前記累積稼働時間データをセンターへ転送すること機能を備えている。第七の特徴によれば、複数ある稼働中の電源装置のメンテナンスをセンターで集中管理できるようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本実施の形態の電源用劣化判別装置の要部ブッロク構成図を示す。
図1中、1は電源出力監視部を示す。この電源監視部1は、図示しない電源装置の出力電圧を監視し、この監視出力が制御部2に接続されている。本実施の形態では、該電源出力監視部1は、通常の負荷変動による出力電圧低下では検出しない程度の電圧値を電圧低下検知設定値とし、電源装置の出力電圧がこの設定電圧値以上である場合に電圧出力検知信号をONする様に構成されている。制御部2には、本装置の処理を制御する後述の各種フローチャートが格納されている。
また制御部2には、電源装置内の温度を測定する温度センサ3の出力も接続されている。温度センサ3は、電源装置内の主要なアルミ電解コンデンサの近傍に設置することが望ましい。
図中4は、稼働時間カウンタを示す。このカウンタは図2を用いて後述する様に、電源装置の累積稼働時間をカウントする累積稼働カウンタ及び温度帯域毎の累積稼働時間をカウントする温度別累積カウンタ及び複数のワークカウンタ等から構成されている。この稼働時間カウンタ4の出力は、前記制御部2、カウンタ値判定部5、劣化度演算部6にそれぞれ接続されている。電源装置の稼働時間を稼働温度帯域毎にカウントする点は本発明の特徴の一つである。
カウンタ値判定部5は、稼働時間カウンタ4の累積稼働カウンタ値が予め定めた設定時間(本実施の形態では、10000時間)を越えたことを検出して外部に警報1を出力する様に設定されている。
劣化度演算部6は、電源装置の劣化度(劣化のレベル)を演算判別し、この判別結果により警報2を出力する様に構成されている。
警報1および2は、発光ダイオード等を点灯させる可視的警報や、ブザー等による可聴的警報や、接点信号や通信手段により外部機器に出力する中央管理的警報等で構成される。
また図中7は、稼働時間記録メモリを示し、前記稼働時間カウンタ4および制御部2に接続されている。この稼働時間記録メモリ7は、前記稼働時間カウンタ4の累積稼働カウンタ値及び温度帯域毎の累積稼働時間をカウントする温度別累積カウンタ値等が記録される。該稼働時間記録メモリ7は、本電源用劣化判別装置の電源装置が遮断されてもデータをバックアップするように、SRAM等の揮発性メモリを用いて電池でバックアップ形式、或いは、EEPROM等の不揮発性メモリを用いる形式等で構成されている。
また、データI/F部8が、前記制御部2と稼働時間記録メモリ7にそれぞれ接続されている。このデータI/F部8は、稼働時間記録メモリ7の内容を外部の装置やセンターの装置9に出力するためのインターフェース機能や、パソコン10により稼働時間記録メモリ7の記録データを書き換える機能(例えば、リセット等)を備えている。
【0016】
図2は、図1中の稼働時間カウンタ4を詳細に示したブロック図である。本発明は、電源装置の稼働時間を使用温度帯域毎にカウントする。これは本発明の特徴の一つである。
まず、電源装置の稼働合計時間を示す累積稼働時間をカウントするために、累積時間の時間の部分をカウントする累積稼働カウンタTtと、累積時間の分の部分をカウントする累積ワークカウンタTtwの2つの稼働時間カウンタが設けられている。
また、本実施の形態では稼働時間をカウンタする温度帯域を、55℃以上70℃未満の第1温度帯域、70℃以上85℃未満の第2温度帯域、及び85℃以上の第3温度帯域の3つの温度帯域とし、この温度帯域毎の稼働時間をカウントするカウンタをそれぞれ設けている。
即ち、各温度帯域毎の累積稼働時間の時間の部分をカウントする第1温度帯域用累積カウンタTc1、第2温度帯域用累積カウンタTc2、第3温度帯域用累積カウンタTc3、および各温度帯域毎の累積稼働時間の分の部分をカウントする第1温度帯域用ワークカウンタTcw1、第2温度帯域用ワークカウンタTcw2、第3温度帯域用ワークカウンタTcw3がそれぞれ設けられている。全てのカウンタ値は前記データI/F部8と接続されたパソコンにより初期値=0に設定される。
【0017】
ここで、必要なカウンタはそれぞれの温度帯域用として3組の温度別累積カウンタ及び温度別ワークカウンタでよく、さらに詳細な稼働情報を得るために温度帯域分割数を増やしても僅かなメモリ容量の追加で容易に実現可能であり、安価な汎用1チップマイコンに内蔵されているメモリだけで実現することができる。なお、本実施の形態では後述する如く温度別の劣化度の判別には、55℃以上70℃未満の稼働時間を70℃の稼働時間、70℃以上85℃未満の稼働時間を85℃の稼働時間、さらに85℃以上の稼働時間を100℃の稼働時間として使用する。
図3は、電源用劣化判別装置のメイン処理を示すフローチャートを示す。
図4は、図3中のステップ2の割込み処理を示すフローチャートを示す。
図5は、図3中のステップ3の第1の劣化判別処理例を示すフローチャートを示す。
図6aは、電解コンデンサの損失角の正接(tanδ)の周囲温度−稼働時間特性を示す図。
図6bは、電解コンデンサの正接劣化度のデータテーブル。
図7は、図3中のステップ3の第2の劣化判別処理例を示すフローチャートを示す。
図8aは、電解コンデンサの静電容量変化率の周囲温度−稼働時間特性を示す図。
図8bは、電解コンデンサの静電容量劣化度のデータテーブル。
【0018】
【動作】
以下、本発明の実施の形態の特徴ある動作を説明する。
本実施の形態では、電源装置に使われている主要電解コンデンサの内で最も期待寿命の短い電解コンデンサを劣化判別の対象とし、該電解コンデンサが劣化限度に達し、正常動作が出来なくなった時点をもって電源装置の寿命とする。
【0019】
制御部2は、電源出力監視部1からの判定出力信号をチェックする(図3のステップS1、以下単に「S1」と言う)。即ち、電源出力監視部1は上述の如く、通常の負荷変動による出力電圧低下では検出しない程度の電圧値を電圧低下検知設定値とし、電源装置の出力電圧がこの設定電圧値以上である場合に電圧出力検知信号をONする様に構成されているので、電源が非稼働であればOFF信号が出力され、稼働中であれON信号となる。制御部2が、電源出力監視部1はON信号と判別すると(S1Yes)S2に処理が進む。他方、制御部2が電源出力監視部1のOFF信号を検知すると(S1No)STARTに処理が戻る。
【0020】
ここでは、電源装置が再稼働された例を説明する。
制御部2が、電源出力監視部1はON信号と判別(S1Yes)し、処理がS2に進む。S2では制御部2は、稼働時間記録メモリ7に記録されている各累積カウンタ値を読出し、この値を各々のカウンタにロードする。即ち、累積時間の時間の部分の累積値が累積稼働カウンタTtに、累積時間の分の部分の累積値が累積ワークカウンタTtwにそれぞれロードされる。更に、各温度帯域毎の累積稼働時間の時間の部分の累積値が、第1温度帯域用累積カウンタTc1、第2温度帯域用累積カウンタTc2、第3温度帯域用累積カウンタTc3にそれぞれロードされる。更に、各温度帯域毎の累積稼働時間の分の部分の累積値が第1温度帯域用ワークカウンタTcw1、第2温度帯域用ワークカウンタTcw2、第3温度帯域用ワークカウンタTcw3にそれぞれロードされる。
【0021】
更に、S2では本発明の特徴の一つである電源装置の稼働時間カウントのための割込み処理が許可され、以後図3のメイン動作フロー実行中に図4にS10からS33で示される電源装置稼働時間カウント処理が1分間隔で定期的に実行される。
【0022】
ここで、図4を参照して割込み処理を説明する。
図4は、電源装置の稼働時間カウント処理のフローチャートである。
S11では、制御部2が電源出力監視部1の出力信号をチェックし、出力信号がOFF信号であれば動作禁止でありS33へジャンプして割込み処理は終了する(S11No、S33)。該出力信号がON信号であれば動作許可であり処理はS12に進む(S11Yes、S12)。
S12では、1分毎の割込み処理であるので、累積ワークカウンタTtwのカウンタ値を+1加算する。S13では、累積ワークカウンタTwtのカウンタ値をチェックし、カウンタ値が60に達していなければS16へジャンプし(S13No、S16)、カウンタ値が60に達していればS14およびS15を実行する。即ち、分単位をカウントする累積ワークカウンタTtwが60分をカウントすると、累積ワークカウンタTtwが初期値0にリッセトされ(S14)、時間単位をカウンタする累積稼働カウンタTtが+1加算される(S15)。
【0023】
S16では、カウンタ値判定部5が、電源装置の実際の稼働累積時間を示す累積稼働カウンタTtと累積ワークカウンタTtwの内容が、該電源装置が正常に稼働する目安時間として設定した時間(例えば、10、000時間)に達したか否かを判別し、設定時間に達していれば警報信号を出力する。
【0024】
次に、S17〜S32において、電源装置の温度帯域毎の稼働時間カウント処理が行われる。これは、本発明の特徴の一つである。
制御部2は、温度センサ3から温度データTmを読みとり(S17)、現在の電源装置の使用周囲温度がどの温度帯域に属するかを判別する(S18、S23、S28)。第1温度帯域と判別されれば、第1温度帯域ワークカウンタTcw1が+1される(S18Yes、S19)。S20では、制御部2は、第1温度帯域ワークカウンタTcw1のカウンタ値をチェックし、カウンタ値が60に達していなければS11へジャンプし(S20No、S11)、カウンタ値が60に達していればS21およびS22を実行する。即ち、分単位をカウントする第1温度帯域ワークカウンタTcw1が60分をカウントすると、第1温度帯域ワークカウンタTcw1が初期値0にリッセトされ(S21)、時間単位をカウンタする第1温度帯域累積カウンタTc1が+1加算される(S22).
第2温度帯域と判別されれば、第2温度帯域ワークカウンタTcw2が+1される(S18No、S23Yes、S24)。S25では、制御部2は、第2温度帯域ワークカウンタTcw2のカウンタ値をチェックし、カウンタ値が60に達していなければS33へジャンプし(S25No、S33)、カウンタ値が60に達していればS26およびS27を実行する。即ち、分単位をカウントする第2温度帯域ワークカウンタTcw2が60分をカウントすると、第2温度帯域ワークカウンタTcw2が初期値0にリッセトされ(S26)、時間単位をカウンタする第2温度帯域累積カウンタTc2が+1加算される(S27).
第3温度帯域と判別されれば、第3温度帯域ワークカウンタTcw3が+1される(S18No、S23No、S28Yes、S29)。S30では、制御部2は、第3温度帯域ワークカウンタTcw3のカウンタ値をチェックし、カウンタ値が60に達していなければS33へジャンプし(S30No、S33)、カウンタ値が60に達していればS31およびS32を実行する。即ち、分単位をカウントする第3温度帯域ワークカウンタTcw3が60分をカウントすると、第3温度帯域ワークカウンタTcw3が初期値0にリッセトされ(S31)、時間単位をカウントする第3温度帯域累積カウンタTc3が+1加算される(S32).
電源装置の稼働温度が55°未満ならS33にジャンプする(S18No、S23No、S28No、S33)。
このように、図3のスッテプ2での割込み処理で、電源装置の総累積稼働時間、温度帯域毎の累積稼働時間がカウントされるのは本発明の特徴の一つである。
【0025】
次に、劣化判別処理を説明する。
図3を参照して、S3では、上記割込み処理でカウントされる電源装置の稼働時間に基づく電源装置の劣化判別処理が行われる。
この電源装置の劣化判別処理は、本発明の特徴の一つである。
本発明は、電解コンデンサの劣化が、その損失角の正接(tanδ)に依存し、tanδが規定の初期値の200%に達した時点をもって電解コンデンサの寿命と判断でき、また、電解コンデンサの損失角の正接(tanδ)の劣化は温度により変わるが、各温度毎による劣化は累積されていく点に着目したものである。
図6aは、劣化判別の対象となる電解コンデンサの損失角の正接(tanδ)の使用周囲温度−稼働時間特性を表したものである。
この図では、使用周囲温度40°、70°、85°、100°の特性が、それぞれ○、●、×、△印の特性曲線で示されているが、本実施の形態では70°、85°、100°の特性を使用する。
【0026】
図6aにおいて、tanδ特性に大きな変化が現れる稼働時間1000時間以降の稼働時間を、各tanδの変化率がほぼ一定の稼働時間領域毎に分割する。各稼働時間領域は、1000〜2000時間の第1稼働時間領域(t1)、2000〜5000時間の第2稼働時間領域(t2)および5000〜10000時間の第3稼働時間領域(t3)とする。
まず、各稼働時間領域において、各温度毎のtanδ特性におけるtanδ増加率(特性曲線の傾き)を各々求め、その各々の値を各稼働時刻領域のtanδ劣化係数(A*)とする。
【0027】
図6bは、劣化判別のためのデータを記憶したデータテーブルを示す。図6bに示すデータテーブルに、各温度毎のtanδ劣化係数A70、A85、A100が各稼働時間領域毎に図示の様に記憶される。
更に、図6bに示すデータテーブルには、各稼働時間領域のtanδの値、即ち、1000時間、2000時間、5000時間時点での各温度毎の初期値tanδ(B*)がB70、B85、B100として各稼働時間領域毎に記憶されている。
更に、図6bに示すデータテーブルには、各稼働時間領域の開始時間Cが記憶されている。
電解コンデンサのtanδ劣化度Dは、各周囲温度(70°、85°、100°)毎の累積稼働時間による劣化度D70、D85、D100を合計して次式により求める。
【0028】
tanδ劣化度D=D70+D85+D100 (式2)
ここで、
70=(Tc1−C)・A70+B70 (式3)
85=(Tc2−C)・A85+B85 (式4)
100=(Tc3−C)・A100+B100 (式5)
ただし、
Tc1:使用周囲温度70℃の累積稼働時間
Tc2:使用周囲温度85℃の累積稼働時間
Tc3:使用周囲温度100℃の累積稼働時間
70、A85、A100:劣化係数
70、B85、B100:稼働時間領域の正接初期値
C:稼働時間領域の稼働時間初期値
そして、使用電解コンデンサの寿命すなわち電源装置の寿命は、
tanδ−D−k=0 (式6)
を満足した時点とする。
ただし、
tanδ:tanδの規定初期値×2(本実施の形態では、初期値0.05×200%=0.1)で決定される電解コンデンサの寿命を示すtanδ
k:寿命判断に余裕を持たせるための安全定数で、k≧0、(本実施の形態では0.003)と決定される。
【0029】
次に、図5を参照して、劣化判別処理を詳細に説明する。
図5は、劣化度演算部6の劣化判別処理の動作を示すフローチャートである。
本実施の形態では、温度別の劣化判別処理で、周囲温度70℃の劣化度を前記第1温度帯域55℃以上70℃未満での累積稼働時間による劣化、周囲温度85℃の劣化度を前記第2温度帯域70℃以上85℃未満の累積稼働時間による劣化、さらに周囲温度100℃の劣化度を前記第3温度帯域85℃以上の累積稼働時間による劣化として各温度毎の劣化度を演算する。
【0030】
まず、周囲温度70°の累積稼働時間による劣化度D70を演算するために、S41で第1温度帯域用累積カウンタTc1からカウンタ値を読み込み(S41)、第1温度帯域の劣化係数A70と、初期値B70及び開始時間Cをそれぞれ図6bのデータテーブルに基づいて0にセットする(S42)。
次いで、このカウント値が、第2稼働時間領域か、第3稼働時間領域かが判別される(S43、S45)。
【0031】
カウント値が2000≦Tc1<5000であれば(S43Yes)、第1温度帯域の劣化係数A70と、初期値B70及び開始時間Cをそれぞれ図6bのデータテーブルに基づいてA70=5×10−6、B70=0.06及びC=2000時間にセットし(S44)、周囲温度70°の劣化度D70=(Tc1−2000)×5×10−6+0.06と演算する(S47)。
【0032】
カウント値が5000≦Tc1であれば(S43No、S45Yes)、第1温度帯域の劣化係数A70と、初期値B70及び開始時間Cをそれぞれ図6bのデータテーブルに基づいてA70=5×10−6、B70=0.075及びC=5000時間にセットし(S46)、周囲温度70°の劣化度D70=(Tc1−5000)×5×10−6+0.075と演算する(S47)。
S45がNoであれば、カウント値は第2稼働時間領域未満であり、劣化度Dは0となる。
【0033】
次に、周囲温度85°の累積稼働時間による劣化度D85を演算するために、第2温度帯域用累積カウンタTc2からカウンタ値を読み込み(S48)、第2温度帯域の劣化係数A85と、初期値B85及び開始時間Cをそれぞれ0にセットする(S49)。
次いで、このカウント値が第2稼働時間領域か、第3稼働時間領域かが判別される(S50、S52)。
【0034】
カウント値が2000≦Tc2<5000であれば(S50Yes)、第2温度帯域の劣化係数A85と、初期値B85及び開始時間Cをそれぞれ図6bのデータテーブルに基づいてA85=12×10−6、B85=0.064及びC=2000時間にセットし(S51)、周囲温度85°の劣化度D85=(Tc2−2000)×12×10−6+0.064と演算する(S54)。
【0035】
カウント値が5000≦Tc2であれば(S50No、S52Yes)、第2温度帯域の劣化係数A85と、初期値B85及び開始時間Cをそれぞれ図6bのデータテーブルに基づいてA85=20×10−6、B85=0.1及びC=5000時間にセットし(S53)、周囲温度85°の劣化度D85=(Tc2−5000)×20×10−6+0.1と演算する(S54)。
S52がNoであれば、カウント値は第2稼働時間領域未満であり、劣化度Dは0となる。
【0036】
次に、周囲温度100°の累積稼働時間による劣化度D100を演算するために、第3温度帯域用累積カウンタTc3からカウンタ値を読み込み(S55)、第3温度帯域の劣化係数A100と、初期値B100及び開始時間Cをそれぞれ0にセットする(S56)。
次いで、このカウント値が第1稼働時間領域か、第2稼働時間領域か、第3稼働時間領域かが判別される(S57、S59、S61)。
【0037】
カウント値が1000≦Tc3<2000であれば(S57Yes)、第3温度帯域の劣化係数A100と、初期値B100及び開始時間Cをそれぞれ図6bのデータテーブルに基づいてA100=45×10−6、B100=0.065及びC=1000時間にセットし(S58)、周囲温度100°の劣化度D100=(Tc3−1000)×45×10−6+0.065と演算する(S63)。
【0038】
カウント値が2000≦Tc3<5000であれば(S57No、S59Yes)、第3温度帯域の劣化係数A100と、初期値B100及び開始時間Cをそれぞれ図6bのデータテーブルに基づいてA100=47×10−6、B100=0.11及びC=2000時間にセットし(S60)、周囲温度100°の劣化度D100=(Tc3−2000)×47×10−6+0.11と演算する(S63)。
【0039】
カウント値が5000≦Tc3であれば(S57No、S59No、S61Yes)、第3温度帯域の劣化係数A100と、初期値B100及び開始時間Cをそれぞれ図6bのデータテーブルに基づいてA100=230×10−6、B100=0.25及びC=5000時間にセットし(S62)、周囲温度100°の劣化度D100=(Tc3−5000)×230×10−6+0.25と演算する(S63)。
S61がNoであれば、カウント値は第1稼働時間領域未満であり、劣化度Dは0となる。
【0040】
次に、S64で各周囲温度毎の稼働時間に基づく上記劣化度を加算してtanδ劣化度Dが算出される(S64)。寿命を示すtanδ値tanδと安全定数kとを予めセットし(S65)、このk、tanδおよびtanδ劣化度Dにより、tanδ−D−kが演算され、演算結果が0より大きければ(S66Yes)図3のS4に進み、0以下であれ警報2を外部に出力する(S66No、S67)。警報2は、発光ダイオード等を点灯させてもよいしブザーを鳴らして警報出力としてもよい。また、接点信号や通信手段により外部機器に出力してもよい。警報は安全定数kにより実際の寿命に達する前に出力されるため、電源装置が故障する前に交換することができる。
【0041】
再び、図3を参照して、制御部2は劣化度演算部6の劣化判別処理が終了すると、S4でパソコンとの通信要求をチェックし要求があれば(S4Yes)、稼働時間や、劣化度等のでデータをパーソナル・コンピュータ10に出力する(S5)。S5の処理後、あるいは要求がなければ(S4No)、処理はS6へ進む。S6では、制御部2はセンタからの通信要求をチェックし要求があれば(S6Yes)、センタへ稼働時間記録メモリ7の内容を転送する(S7)。S7の処理後、あるいはセンタからの要求がなければ(S6No)、処理はS8へ進む。S8では電源出力監視部1からの判定出力信号を制御部2がチェックし、稼働中であれば(S8Yes)、S1へジャンプし、上述の処理を繰り返す。
電源装置が停止中であれば(S8No)、S9の処理が行われる。即ち、制御部2は、上述の割込み処理の動作を禁止した後、稼働時間カウンタ4内の累積稼働カウンタTt及び累積ワークカウンタTtw、第1温度帯域用累積カウンタTc1、第2温度帯域用累積カウンタTc2、第3温度帯域用累積カウンタTc3、および第1温度帯域用ワークカウンタTcw1、第2温度帯域用ワークカウンタTcw2、第3温度帯域用ワークカウンタTcw3のカウンタ値を稼働時間記録メモリ7へ格納する。電源装置が再稼働した場合には、制御部2によりS2が実行され、上述の如くカウンタ値が、それぞれのカウンタTt、Ttw、Tc1、Tc2、Tc3、Tcw1、Tcw2、Tcw3へロードされるので、再稼働直前のカウンタ値から継続してカウント動作され累積誤差が小さくなる。これは本発明の特徴の一つである。
【0042】
次に、劣化判別処理の別の実施の形態を説明する。
図3を参照して、S3では、上記割込み処理でカウントされる電源装置の稼働時間に基づく電源装置の劣化判別処理が行われる。
本実施の形態は、電解コンデンサの劣化が、その静電容量の変化度Fに依存し、静電容量が規定の初期値から20%減少した時点をもって電解コンデンサの寿命と判断でき、また、電解コンデンサの静電容量の劣化は温度により変わるが、各温度毎による劣化は累積されていく点に着目したものである。
図8aは、劣化判別の対象となる電解コンデンサの静電容量変化率の周囲温度−稼働時間特性を表したものである。
この図では、使用周囲温度40°、70°、85°、100°の特性が、それぞれ○、●、×、△印の特性曲線で示されているが、本実施の形態では70°、85°、100°の特性を使用する。
【0043】
図8aにおいて、静電容量変化率に大きな変化が現れる稼働時間500時間以降の稼働時間を、各静電容量変化率がほぼ一定の稼働時間領域毎に分割する。各稼働時間領域は、500〜2000時間の第1稼働時間領域(t1)、2000〜5000時間の第2稼働時間領域(t2)および5000〜10000時間の第3稼働時間領域(t3)とする。
まず、各稼働時間領域において、各温度毎の静電容量変化率における減少率(特性曲線の傾き)を各々求め、その各々の値を各稼働時刻領域の静電容量劣化係数(F*)とする。
【0044】
図8bは、劣化判別のためのデータを記憶したデータテーブルを示す。図8bに示すデータテーブルに、各温度毎の静電容量劣化係数F70、F85、F100が各稼働時間領域毎に図示の様に記憶される。
更に、図8bに示すデータテーブルには、各稼働時間領域の静電容量変化率の値、即ち、1000時間、2000時間、5000時間時点での各温度毎の静電容量変化率の初期値(G*)がG70、G85、G100として各稼働時間領域毎に記憶されている。
更に、図8bに示すデータテーブルには、各稼働時間領域の開始時間C1が記憶されている。
電解コンデンサの静電容量劣化度Hは、各周囲温度(70°、85°、100°)毎の累積稼働時間による静電容量劣化度H70、H85、H100を合計して次式により求める。
【0045】
静電容量劣化度H=H70+H85+H100 (式7)
ここで、
70=(Tc1−C1)・F70+G70 (式8)
85=(Tc2−C1)・F85+G85 (式9)
100=(Tc3−C1)・F100+G100 (式10)
ただし、
Tc1:周囲温度70℃の累積稼働時間
Tc2:周囲温度85℃の累積稼働時間
Tc3:周囲温度100℃の累積稼働時間
70、F85、F100:劣化係数
70、G85、G100:稼働時間領域の静電容量変化率の初期値
C1:稼働時間領域の稼働時間初期値
そして、使用電解コンデンサの寿命すなわち電源装置の寿命は、
−H−k=0 (式11)
を満足した時点とする。
ただし、
:静電容量規定初期値に対する変化率値(本実施の形態では初期値の20(%))で決定される電解コンデンサの寿命を示す静電容量変化率
k:寿命判断に余裕を持たせるための安全定数で、k≧0(本実施の形態では1)と決定される
次に、図7を参照して、劣化判別処理を詳細に説明する。
図7は、劣化度演算部6の劣化判別処理の動作を示すフローチャートである。
【0046】
本実施の形態では、温度別の劣化判別処理で、周囲温度70℃の劣化度を前記第1温度帯域55℃以上70℃未満での累積稼働時間による劣化、周囲温度85℃の劣化度を前記第2温度帯域70℃以上85℃未満の累積稼働時間による劣化、さらに周囲温度100℃の劣化度を前記第3温度帯域85℃以上の累積稼働時間による劣化として各温度毎の劣化度を演算する。
【0047】
まず、周囲温度70°の累積稼働時間による劣化度H70を演算するために、S71で第1温度帯域用累積カウンタTc1からカウンタ値を読み込み(S71)、第1温度帯域の劣化係数F70と、初期値G70及び開始時間C1をそれぞれ0にセットする(S72)。
次いで、このカウント値が、第1稼働時間領域か、第2稼働時間領域か、第3稼働時間領域かが判別される(S73、S75、S77)。
【0048】
カウント値が500≦Tc1<2000であれば(S73Yes)、第1温度帯域の劣化係数F70と、初期値G70及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF70=1.19×10−3、G70=1.54及びC1=500時間にセットし(S74)、周囲温度70°の劣化度H70=(Tc1−500)×1.19×10−3+1.54と演算する(S79)。
【0049】
カウント値が2000≦Tc1<5000であれば(S73No、S75Yes)、第1温度帯域の劣化係数F70と、初期値G70及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF70=1.11×10−3、G70=3.33及びC1=2000時間にセットし(S76)、周囲温度70°の劣化度H70=(Tc1−2000)×1.11×10−3+3.33と演算する(S79)。
【0050】
カウント値が5000≦Tc1であれば(S73No、S75No、S77Yes)、第1温度帯域の劣化係数F70と、初期値G70及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF70=0.564×10−3、G70=6.67及びC1=5000時間にセットし(S78)、周囲温度70°の劣化度H70=(Tc1−5000)×0.564×10−3+6.67と演算する(S79)。S77がNoであれば、カウント値は第1稼働時間領域未満であり、劣化度Hは0となる。
【0051】
次に、周囲温度85°の累積稼働時間による劣化度H85を演算するために、第2温度帯域用累積カウンタTc2からカウンタ値を読み込み(S80)、第2温度帯域の劣化係数F85と、初期値G85及び開始時間C1をそれぞれ0にセットする(S81)。
次いで、このカウント値が第1稼働時間領域か、第2稼働時間領域か、第3稼働時間領域かが判別される(S82、S84、S86)。
【0052】
カウント値が500≦Tc2<2000であれば(S82Yes)、第2温度帯域の劣化係数F85と、初期値G85及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF85=2.91×10−3、G85=1.54及びC1=500時間にセットし(S83)、周囲温度85°の劣化度H85=(Tc2−500)×2.91×10−3+1.54と演算する(S88)。
【0053】
カウント値が2000≦Tc2<5000であれば(S82No、S84Yes)、第2温度帯域の劣化係数F85と、初期値G85及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF85=1.28×10−3、G85=5.9及びC1=2000時間にセットし(S85)、周囲温度85°の劣化度H85=(Tc2−2000)×1.28×10−3+5.9と演算する(S88)。
【0054】
カウント値が5000≦Tc2であれば(S82No、S84No、S86Yes)、第2温度帯域の劣化係数F85と、初期値G85及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF85=0.932×10−3、G85=9.74及びC1=5000時間にセットし(S87)、周囲温度85°の劣化度H85=(Tc2−5000)×0.932×10−3+9.74と演算する(S88)。
S86がNoであれば、カウント値は第1稼働時間領域未満であり、劣化度Hは0となる。
【0055】
次に、周囲温度100°の累積稼働時間による劣化度H100を演算するために、第3温度帯域用累積カウンタTc3からカウンタ値を読み込み(S89)、第3温度帯域の劣化係数F100と、初期値G100及び開始時間C1をそれぞれ0にセットする(S90)。
次いで、このカウント値が第1位稼働時間領域か、第2稼働時間領域か、第3稼働時間領域かが判別される(S91、S93、S95)。
【0056】
カウント値が500≦Tc3<2000であれば(S91Yes)、第3温度帯域の劣化係数F100と、初期値G100及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF100=2.57×10−3、G100=4.36及びC1=500時間にセットし(S92)、周囲温度100°の劣化度H100=(Tc3−500)×2.57×10−3+4.36と演算する(S97)。
【0057】
カウント値が2000≦Tc3<5000であれば(S91No、S93Yes)、第3温度帯域の劣化係数F100と、初期値G100及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF100=1.70×10−3、G100=8.21及びC1=2000時間にセットし(S94)、周囲温度100°の劣化度H100=(Tc3−2000)×1.70×10−3+8.21と演算する(S97)。
【0058】
カウント値が5000≦Tc3であれば(S91No、S93No、S95Yes)、第3温度帯域の劣化係数F100と、初期値G100及び開始時間C1をそれぞれ図8bのデータテーブルに基づいてF100=2.12×10−3、G100=13.3及びC1=5000時間にセットし(S96)、周囲温度100°の劣化度H100=(Tc3−5000)×2.12×10−3+13.3と演算する(S97)。
S96がNoであれば、カウント値は第1稼働時間領域未満であり、劣化度Hは0となる。
【0059】
次に、S98で各周囲温度毎の稼働時間に基づく上記劣化度H70、H85、H100を加算して静電容量劣化Hが算出される(S98)。寿命を示す静電容量値H=20と安全定数k=1とを予めセットし(S99)、このk、Hおよび静電容量劣化度Hにより、H−H−kが演算され、演算結果が0より大きければ(S100Yes)図3のS4に進み、0以下であれ警報2を外部に出力する(S100No、S101)。警報2は、発光ダイオード等を点灯させてもよいしブザーを鳴らして警報出力としてもよい。また、接点信号や通信手段により外部機器に出力してもよい。警報は安全定数kにより実際の寿命に達する前に出力されるため、電源装置が故障する前に交換することができる。
【0060】
図1に示すブロック図において、温度センサ2及びデータI/F部8そして図示しない本タイマー用電源等の僅かな部品を除けば、その他の構成要素は汎用の安価な1チップマイコンに内蔵される機能で十分実現可能であり、小型・軽量で消費電力も小さく安価な電源用タイマー装置が提供することができる。
【0061】
【発明の効果】
本発明は、電源装置の累積稼働時間をカウントし、記録する累積稼働時間カウンタを備える。
したがって、記録されている累積稼働時間を読み出すことにより電源装置の正確な累積稼働時間を知ることができ、さらに実際の稼働時間により電源装置の劣化判別ができる。
【0062】
本発明は、電源装置の使用周囲温度を計測するセンサと、該センサの計測値に基づいて電源装置の使用周囲温度に対応した累積稼働時間をカウントし、記録する累積稼働時間カウンタを備える。
したがって、記録されている温度帯域毎の累積稼働時間を読み出すことにより電源装置の周辺温度−累積稼働時間の実績データを正確に知ることができ、更に実際の使用温度状態および該温度状態での稼働時間により電源装置の劣化判別ができる。
本発明は、前記累積稼働時間が予め定めた設定時間と比較され、この結果に基づいて前記電源装置の劣化判別のための信号を外部に出力する出力部を備える。
したがって、電源装置の正確な累積稼働時間に基づいて外部へ警報出力できるので予め定めた適切なタイミングで電源装置のメンテナンスを実施することができる。更に、警報を出力するタイミングを予め若干早めに設定しておけば電源装置が摩耗故障に至る前に交換する事が可能になる。
【0063】
本発明は、稼働時間カウンタを前記電源装置の出力電圧レベルに応じて起動・停止する手段と、該停止時の該累積稼働時間タウンタ値を保持して、該起動時に該停止時の累積稼働時間カウンタ値を該累積稼働時間カウンタにロードする手段とを備える。
したがって、電源装置の稼働時間を正確に累積カウントでき、更に電源装置の劣化判別を正確に行とができる。
【0064】
本発明は、電源装置の使用周囲温度に対応した各々の累積稼働時間をカウントする第1のステップと、この1のステップの各々のカウント値に基づいて各々の使用周囲温度での電源装置の劣化度を決定する第2のステップと、第2のステップで決定された各々の劣化度に基づいて該電源装置の劣化度を決定する第3のステップとを実行する電源装置の劣化度判別用のプログラムを特徴とする。
したがって、使用温度毎の累積稼働時間による電源装置の劣化度を知ることができ、稼働時間に基づく電源装置の劣化度を正確に補償でき、劣化度の判別精度を著しく向上できる。
【0065】
本発明は、前記第3のステップで決定された劣化度に余裕度を持たせて前記電源装置の寿命を決定する第4のステップを更に含むことを特徴とする。
したがって、電源装置の寿命判別を、必要に応じて早めに判別できる。
【0066】
本発明は、前記第1のステップのカウント値をセンタに伝送する第5のステップを更に含むことを特徴とする。
したがって、複数ある稼働中の電源装置のメンテナンスをセンターで集中管理できるようになる。
【0067】
更に、本発明で示した構成によれば汎用の安価な1チップマイコンと僅かな追加部品で十分実現可能であり、小型・軽量で消費電力も小さく安価な電源用劣化度判別装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本実施の形態の電源用劣化判別装置の要部ブッロク構成図。
【図2】図2は図1中の稼働時間カウンタ4を詳細に示したブロック図
【図3】図3は、電源用劣化判別装置のメイン処理を示すフローチャートを示す。
【図4】図4は、図3中のステップ2の割込み処理を示すフローチャートを示す。
【図5】図5は、図3中のステップ3の第1の劣化判別処理例を示すフローチャートを示す。
【図6a】図6aは、電解コンデンサの損失角の正接(tanδ)の周囲温度−稼働時間特性を示す図。
【図6b】図6bは、電解コンデンサの正接劣化度のデータテーブル。
【図7】図7は、図3中のステップ3の第2の劣化判別処理例を示すフローチャートを示す。
【図8a】図8aは、電解コンデンサの静電容量変化率の周囲温度−稼働時間特性を示す図。
【図8b】図8bは、電解コンデンサの静電容量劣化度のデータテーブル。
【符号の説明】
1 電源出力監視部
2 制御部
3 温度センサ
4 稼働時間カウンタ
5 カウンタ値判定部
6 劣化度演算部
7 稼働時間記録メモリ
8 データI/F部
9 センタ
10 PC
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to determining the life of a power supply device, and more particularly to a power supply deterioration determination device and a program for determining a power supply deterioration degree.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a power supply device has been required to stably supply power to various devices. In general, the life of the equipment including the power supply is the expected life based on the ambient temperature at the time of use set at the time of design, excluding initial failures due to defective parts used or manufacturing errors and accidental failures due to disturbances, etc. Normal operation can be expected until the wear-out failure period). Therefore, if the cumulative operating time of the power supply is known, the remaining life of the power supply can be estimated, and the power supply can be replaced before the problem that the power cannot be supplied due to the failure occurs.
[0003]
Also, it is known that one of the components used that has a dominant effect on the expected life of the power supply device is an aluminum electrolytic capacitor. The life of an aluminum electrolytic capacitor is greatly affected by environmental and electrical conditions. The electrical conditions are almost determined by the design conditions, and there is little aging. On the other hand, the environmental conditions have a significant influence on the service life due to the ambient temperature during use, and an increase in temperature appears as a decrease in the capacitance (C) and an increase in the tangent (tan δ) of the loss angle.
[0004]
(Equation 1) is experimentally established between the aging of the electrical characteristics and the ambient temperature, and is known to be similar to Arrhenius's law of chemical reaction, which holds for temperature and chemical reaction rate. The relationship between the temperature and the life of an aluminum electrolytic capacitor is called the Arrhenius law. Specifically, when the ambient temperature decreases by 10 ° C., the life is doubled, and when the ambient temperature increases by 10 ° C., the life is reduced to 1 /. The life of the aluminum electrolytic capacitor can be estimated if the ambient temperature is known by applying the Arrhenius law.
Lx = Lo · B (To-Tx) / 10 ... (Equation 1)
Where Lo is the specified life (hour) when the rated voltage is applied or the rated ripple current is superimposed at the maximum usable temperature.
Lx: Estimated life in actual use (hours)
To: Maximum usable temperature (° C)
Tx: ambient temperature during actual use (° C)
B: Temperature acceleration coefficient (B ≒ 2 below To)
Therefore, if the ambient temperature of the aluminum electrolytic capacitor, that is, the temperature inside the power supply, can be recorded and read out in addition to the cumulative operating time of the power supply, particularly the aluminum electrolytic capacitor, the remaining life of the power supply should be estimated more accurately. Can be.
[0005]
However, there is no conventional device that records the cumulative operation time. Further, there is no conventional apparatus that records the operating time for each temperature in consideration of the ambient temperature during use. Furthermore, there is no conventional device that determines deterioration based on the operating time for each temperature.
Conventionally, the power supply unit accumulates a time obtained by multiplying an operation time per day, which is assumed to be constant for 10 hours per day, by the number of operation days calculated by regarding a shipping date, an operation start date, and the like of the power supply device as a use start date. Working hours.
Regarding the temperature inside the power supply device, Lo in the above equation 1 is determined by the specification of the electrolytic capacitor to be used, and differs depending on the manufacturer and the product type. For example, when the expected life rating value Lo of the electrolytic capacitor targeted by the manufacturer is set to Lo = 2,000 hours at an ambient temperature of 100 ° C., and the operating ambient temperature Tx of the design specification of the power supply device is set to 50 ° C., The expected life Lx of the capacitor is expressed by the above (Equation 1) as Lx = 2000 · 2 (100-50) / 10 = 64000 hours. Therefore, if the power supply is used at an ambient temperature of 50 ° C. or less, the life of the power supply can be expected to be 64000 hours.
However, when used at an ambient temperature of 70 ° C., Lx = 2000 · 2 (100-70) / 10 = 8000 hours, which is a great difference from the expected life at the time of design.
Further, since Tx uses a constant temperature estimated from the use environment, if the temperature during actual use changes, the estimation of the service life becomes more inaccurate.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, there is a problem that the maintenance cannot be performed at an appropriate timing because the accumulated actual operation time of the power supply device does not always coincide with the accumulated operation time calculated by the conventional method.
In addition, since the temperature at an arbitrary location inside the power supply device in the actual operation state does not always match the ambient temperature determined by the conventional method, there is a problem that the expected life set at the time of design does not correspond to the actual life. In particular, when the temperature is higher than the ambient temperature set under the design conditions, the life is shorter than the expected life value of the design, and there is a problem that the device is quickly broken.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and it is possible to accurately estimate the service life by notifying the appropriate maintenance execution time of the power supply and correctly determining the actual deterioration state of the power supply, It is another object of the present invention to provide a power supply deterioration determination device and a program capable of centralized management at a center.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is characterized by a power supply deterioration determination device including a cumulative operating time counter that counts and records the cumulative operating time of a power supply device.
[0009]
The present invention relates to a power supply having a sensor for measuring the operating ambient temperature of a power supply device, and a cumulative operating time counter for counting and recording the cumulative operating time corresponding to the operating ambient temperature of the power supply device based on the measurement value of the sensor. It is characterized by a deterioration determination device for use.
[0010]
Further, the present invention is characterized in that an output unit for comparing the cumulative operation time with a predetermined set time and outputting a signal for judging deterioration of the power supply device to the outside based on the result is provided.
[0011]
Further, the present invention provides a means for starting and stopping the cumulative operating time counter according to the output voltage level of the power supply device, and holding the accumulated operating time taunter value at the time of the stop, and setting the cumulative operating time counter at the time of the start. Means for loading the cumulative operation time counter value into the cumulative operation time counter.
[0012]
In addition, the present invention provides a first step of counting each cumulative operating time corresponding to a use ambient temperature of a power supply device, and a power supply at each use ambient temperature based on each count value of the first step. Deterioration degree of a power supply device, which executes a second step of determining the degree of deterioration of the power supply device and a third step of determining the degree of deterioration of the power supply device based on each of the deterioration degrees determined in the second step It is characterized by a program for determination.
[0013]
Further, the present invention is characterized by further including a fourth step of determining the life of the power supply device by allowing the degree of deterioration determined in the third step to have a margin.
Further, the present invention is characterized by further comprising a fifth step of transmitting the count value of the first step to a center.
[0014]
[Action]
Therefore, as a first feature, a function of calculating and recording the cumulative operation time of the power supply device is provided. According to the first feature, it is possible to know the accurate cumulative operation time of the power supply device by reading the recorded cumulative operation time. As a second feature, it has a function of measuring the ambient temperature of the power supply device and calculating and recording the cumulative operating time for each predetermined temperature band. According to the second feature, by reading out the recorded cumulative operating time for each temperature band, it is possible to accurately know the actual data of the ambient temperature of the power supply device and the cumulative operating time. As a third feature, a function is provided to notify the outside that the cumulative operation time has exceeded a predetermined time. According to the third feature, since the accurate cumulative operation time of the power supply device can be determined, the maintenance of the power supply device can be performed at a predetermined appropriate timing by an alarm output output to the outside. As a fourth feature, the present invention is configured to monitor the output voltage of the power supply device and perform start / stop control of the recording operation of the cumulative operation time of the power supply device and the cumulative operation time for each temperature band. According to the fourth feature, the accurate operation state of the power supply device can be determined, so that the accumulated operation time can be accurately recorded.
As a fifth feature, the device has a function of determining the degree of deterioration of components and accurately determining the life. According to the fifth feature, the life can be determined according to the cumulative operating time of the use temperature. As a sixth feature, if the timing for outputting the alarm is set slightly earlier in advance, it is possible to replace the power supply device before the wear-out failure occurs. As a seventh feature, a function of transferring the accumulated operating time data to the center is provided. According to the seventh feature, the maintenance of a plurality of operating power supply devices can be centrally managed at the center.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a block diagram of a main part of a deterioration judging device for a power supply according to the present embodiment.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a power output monitoring unit. The power supply monitoring unit 1 monitors the output voltage of a power supply device (not shown), and this monitoring output is connected to the control unit 2. In the present embodiment, the power supply output monitoring unit 1 sets a voltage value that is not detected by a decrease in output voltage due to normal load fluctuation as a voltage drop detection set value, and the output voltage of the power supply device is equal to or greater than the set voltage value. In such a case, the voltage output detection signal is turned on. The control unit 2 stores various flowcharts to be described later for controlling the processing of the present apparatus.
The output of the temperature sensor 3 for measuring the temperature inside the power supply device is also connected to the control unit 2. The temperature sensor 3 is desirably installed near a main aluminum electrolytic capacitor in the power supply device.
In the figure, reference numeral 4 denotes an operation time counter. As will be described later with reference to FIG. 2, this counter includes a cumulative operation counter for counting the cumulative operation time of the power supply device, a temperature-based cumulative counter for counting the cumulative operation time for each temperature band, a plurality of work counters, and the like. I have. The output of the operation time counter 4 is connected to the control unit 2, the counter value determination unit 5, and the deterioration degree calculation unit 6, respectively. One of the features of the present invention is that the operation time of the power supply device is counted for each operation temperature band.
The counter value determination unit 5 is configured to detect that the cumulative operation counter value of the operation time counter 4 has exceeded a predetermined set time (10000 hours in the present embodiment) and output an alarm 1 to the outside. Have been.
The deterioration degree calculating section 6 is configured to calculate and determine the degree of deterioration (deterioration level) of the power supply device and output the alarm 2 based on the result of the determination.
The alarms 1 and 2 are constituted by a visual alarm for lighting a light emitting diode or the like, an audible alarm by a buzzer or the like, a central management alarm for outputting to an external device by a contact signal or communication means, and the like.
In the figure, reference numeral 7 denotes an operation time recording memory, which is connected to the operation time counter 4 and the control unit 2. The operating time recording memory 7 stores the cumulative operating counter value of the operating time counter 4, the cumulative counter value for each temperature that counts the cumulative operating time for each temperature band, and the like. The operating time recording memory 7 uses a volatile memory such as an SRAM to back up data using a battery, or a non-volatile memory such as an EEPROM so that the data is backed up even if the power supply of the present power supply deterioration determination device is cut off. It is configured in a format using a memory or the like.
Further, a data I / F unit 8 is connected to the control unit 2 and the operating time recording memory 7, respectively. The data I / F unit 8 has an interface function for outputting the contents of the operating time recording memory 7 to an external device or a center device 9 and a function of rewriting the recording data of the operating time recording memory 7 by the personal computer 10 (for example, , Reset, etc.).
[0016]
FIG. 2 is a block diagram showing the operation time counter 4 in FIG. 1 in detail. According to the present invention, the operation time of the power supply device is counted for each use temperature band. This is one of the features of the present invention.
First, in order to count the cumulative operating time indicating the total operating time of the power supply device, there are two cumulative working counters Ttw that count the time portion of the cumulative time and a cumulative work counter Ttw that counts the minute portion of the cumulative time. An operating time counter is provided.
Further, in the present embodiment, the temperature zones for counting the operation time are defined as a first temperature zone of 55 ° C. or more and less than 70 ° C., a second temperature zone of 70 ° C. or more and less than 85 ° C., and a third temperature zone of 85 ° C. or more. There are three temperature bands, and counters are provided to count the operating time for each temperature band.
That is, a first temperature band accumulation counter Tc1, a second temperature band accumulation counter Tc2, a third temperature band accumulation counter Tc3 for counting the time portion of the accumulated operation time for each temperature band, A first temperature band work counter Tcw1, a second temperature band work counter Tcw2, and a third temperature band work counter Tcw3 are provided, each of which counts a portion of the accumulated operation time. All counter values are set to an initial value = 0 by a personal computer connected to the data I / F unit 8.
[0017]
Here, the necessary counters may be three sets of temperature-based cumulative counters and temperature-based work counters for each temperature band. Even if the number of temperature band divisions is increased to obtain more detailed operation information, a small memory capacity is required. It can be easily realized by addition, and can be realized only by a memory built in an inexpensive general-purpose one-chip microcomputer. In this embodiment, as described later, in order to determine the degree of deterioration by temperature, the operating time of 55 ° C. or more and less than 70 ° C. is the operating time of 70 ° C., and the operating time of 70 ° C. or more and less than 85 ° C. is the operating time of 85 ° C. The operating time of 85 ° C. or more is used as the operating time of 100 ° C.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a main process of the power supply deterioration determination device.
FIG. 4 is a flowchart showing the interrupt processing of step 2 in FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a first deterioration determination process in step 3 in FIG.
FIG. 6A is a diagram showing an ambient temperature-operating time characteristic of a loss angle tangent (tan δ) of an electrolytic capacitor.
FIG. 6B is a data table of the tangent deterioration degree of the electrolytic capacitor.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the second deterioration determination process in step 3 in FIG.
FIG. 8A is a diagram illustrating an ambient temperature-operating time characteristic of a capacitance change rate of an electrolytic capacitor.
FIG. 8B is a data table of the capacitance deterioration degree of the electrolytic capacitor.
[0018]
【motion】
Hereinafter, the characteristic operation of the embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, the electrolytic capacitor having the shortest expected life among the main electrolytic capacitors used in the power supply device is targeted for deterioration determination, and the time when the electrolytic capacitor reaches the deterioration limit and cannot operate normally is determined. The life of the power supply unit.
[0019]
The control unit 2 checks the determination output signal from the power output monitoring unit 1 (step S1 in FIG. 3, hereinafter simply referred to as "S1"). That is, as described above, the power supply output monitoring unit 1 sets a voltage value that is not detected by the output voltage drop due to the normal load fluctuation as the voltage drop detection set value, and sets the output voltage of the power supply device to be equal to or higher than the set voltage value. Since the voltage output detection signal is configured to be turned ON, an OFF signal is output if the power supply is not operating, and an ON signal is output if the power supply is operating. When the control unit 2 determines that the power output monitoring unit 1 is an ON signal (S1 Yes), the process proceeds to S2. On the other hand, when the control unit 2 detects the OFF signal of the power supply output monitoring unit 1 (S1 No), the process returns to START.
[0020]
Here, an example in which the power supply device is restarted will be described.
The control unit 2 determines that the power output monitoring unit 1 is an ON signal (S1 Yes), and the process proceeds to S2. In S2, the control unit 2 reads out each cumulative counter value recorded in the operating time recording memory 7, and loads this value into each counter. That is, the cumulative value of the time portion of the cumulative time is loaded into the cumulative operation counter Tt, and the cumulative value of the portion of the cumulative time is loaded into the cumulative work counter Ttw. Further, the cumulative value of the time portion of the cumulative operating time for each temperature band is loaded to the first temperature band cumulative counter Tc1, the second temperature band cumulative counter Tc2, and the third temperature band cumulative counter Tc3, respectively. . Further, the accumulated value of the portion of the accumulated operating time for each temperature band is loaded to the first temperature band work counter Tcw1, the second temperature band work counter Tcw2, and the third temperature band work counter Tcw3, respectively.
[0021]
Further, in S2, an interrupt process for counting the operation time of the power supply device, which is one of the features of the present invention, is permitted. Thereafter, during execution of the main operation flow of FIG. 3, the power supply device operation shown in S10 to S33 in FIG. The time counting process is periodically executed at one-minute intervals.
[0022]
Here, the interrupt processing will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a flowchart of the operation time counting process of the power supply device.
In S11, the control unit 2 checks the output signal of the power supply output monitoring unit 1, and if the output signal is the OFF signal, the operation is prohibited and the process jumps to S33 to end the interrupt processing (S11 No, S33). If the output signal is an ON signal, the operation is permitted, and the process proceeds to S12 (S11 Yes, S12).
In S12, since the interrupt process is performed every minute, the counter value of the cumulative work counter Ttw is incremented by +1. In S13, the counter value of the cumulative work counter Twt is checked. If the counter value has not reached 60, the process jumps to S16 (S13 No, S16), and if the counter value has reached 60, S14 and S15 are executed. That is, when the cumulative work counter Ttw that counts the minute unit counts 60 minutes, the cumulative work counter Ttw is reset to the initial value 0 (S14), and the cumulative operation counter Tt that counts the time unit is incremented by +1 (S15). .
[0023]
In S16, the counter value determination unit 5 determines whether the contents of the cumulative operation counter Tt and the cumulative work counter Ttw indicating the actual operation cumulative time of the power supply device have been set as the reference time for normal operation of the power supply device (for example, (10,000 hours), and outputs a warning signal if the set time has been reached.
[0024]
Next, in S17 to S32, an operation time counting process for each temperature band of the power supply device is performed. This is one of the features of the present invention.
The controller 2 reads the temperature data Tm from the temperature sensor 3 (S17), and determines which temperature band the current ambient temperature of the power supply device belongs to (S18, S23, S28). If it is determined to be the first temperature zone, the first temperature zone work counter Tcw1 is incremented by one (S18 Yes, S19). In S20, the control unit 2 checks the counter value of the first temperature zone work counter Tcw1, and if the counter value has not reached 60, jumps to S11 (S20No, S11). If the counter value has reached 60, Execute S21 and S22. That is, when the first temperature zone work counter Tcw1 that counts the minute unit counts 60 minutes, the first temperature zone work counter Tcw1 is reset to the initial value 0 (S21), and the first temperature zone cumulative counter that counts the time unit. Tc1 is incremented by +1 (S22).
If it is determined to be the second temperature zone, the second temperature zone work counter Tcw2 is incremented by 1 (S18 No, S23 Yes, S24). In S25, the control unit 2 checks the counter value of the second temperature zone work counter Tcw2, and jumps to S33 if the counter value has not reached 60 (No in S25, S33), and if the counter value has reached 60. Steps S26 and S27 are executed. That is, when the second temperature zone work counter Tcw2 that counts the minute unit counts 60 minutes, the second temperature zone work counter Tcw2 is reset to the initial value 0 (S26), and the second temperature zone cumulative counter that counts the time unit. Tc2 is incremented by +1 (S27).
If it is determined that the temperature is in the third temperature zone, the third temperature zone work counter Tcw3 is incremented by 1 (S18 No, S23 No, S28 Yes, S29). In S30, the control unit 2 checks the counter value of the third temperature zone work counter Tcw3, and jumps to S33 if the counter value has not reached 60 (No in S30, S33), and if the counter value has reached 60. Execute S31 and S32. That is, when the third temperature zone work counter Tcw3 that counts the minute unit counts 60 minutes, the third temperature zone work counter Tcw3 is reset to the initial value 0 (S31), and the third temperature zone cumulative counter that counts the time unit. Tc3 is incremented by +1 (S32).
If the operating temperature of the power supply device is lower than 55 °, the process jumps to S33 (S18No, S23No, S28No, S33).
As described above, one of the features of the present invention is that the total cumulative operating time of the power supply device and the cumulative operating time for each temperature band are counted in the interrupt processing in step 2 in FIG.
[0025]
Next, the deterioration determination processing will be described.
Referring to FIG. 3, in S3, a deterioration determination process of the power supply device based on the operation time of the power supply device counted in the interrupt process is performed.
This deterioration determination processing of the power supply device is one of the features of the present invention.
According to the present invention, the deterioration of the electrolytic capacitor depends on the tangent (tan δ) of its loss angle, and when the tan δ reaches 200% of the specified initial value, the life of the electrolytic capacitor can be determined. Although the deterioration of the tangent (tan δ) of the angle changes depending on the temperature, the focus is on the point that the deterioration at each temperature is accumulated.
FIG. 6A shows the ambient temperature-operating time characteristics of the tangent (tan δ) of the loss angle of the electrolytic capacitor to be subjected to the deterioration determination.
In this figure, the characteristics at the operating ambient temperatures of 40 °, 70 °, 85 °, and 100 ° are indicated by characteristic curves indicated by 、, ●, ×, and Δ, respectively. °, 100 ° characteristics are used.
[0026]
In FIG. 6A, the operation time after the operation time of 1000 hours at which a large change in the tan δ characteristic appears is divided into operation time regions in which the rate of change of each tan δ is almost constant. Each operating time area is a first operating time area (t1) of 1000 to 2000 hours, a second operating time area (t2) of 2000 to 5000 hours, and a third operating time area (t3) of 5000 to 10000 hours.
First, in each operating time region, the tan δ increase rate (gradient of the characteristic curve) in the tan δ characteristic for each temperature is determined, and each value is set as the tan δ deterioration coefficient (A *) in each operating time region.
[0027]
FIG. 6B shows a data table in which data for deterioration determination is stored. The tan δ deterioration coefficient A for each temperature is stored in the data table shown in FIG. 70 , A 85 , A 100 Is stored as shown in FIG.
Further, in the data table shown in FIG. 6B, the value of tan δ in each operation time region, that is, the initial value tan δ (B *) for each temperature at the time of 1000 hours, 2000 hours, and 5000 hours is B 70 , B 85 , B 100 Is stored for each operating time area.
Further, the start time C of each operating time area is stored in the data table shown in FIG. 6B.
The tan δ degradation degree D of the electrolytic capacitor is determined by the cumulative operation time for each ambient temperature (70 °, 85 °, 100 °). 70 , D 85 , D 100 Are calculated by the following equation.
[0028]
tanδ degradation degree D = D 70 + D 85 + D 100 (Equation 2)
here,
D 70 = (Tc1-C) · A 70 + B 70 (Equation 3)
D 85 = (Tc2-C) · A 85 + B 85 (Equation 4)
D 100 = (Tc3-C) · A 100 + B 100 (Equation 5)
However,
Tc1: Cumulative operating time at 70 ° C ambient temperature
Tc2: Cumulative operating time at operating ambient temperature of 85 ° C
Tc3: Cumulative operating time at an operating ambient temperature of 100 ° C
A 70 , A 85 , A 100 : Deterioration coefficient
B 70 , B 85 , B 100 : Initial tangent value of the operating time area
C: Operating time initial value in operating time area
And the life of the used electrolytic capacitor, that is, the life of the power supply unit,
tan δ L −D−k = 0 (Equation 6)
Is satisfied.
However,
tan δ L : Tan δ indicating the life of the electrolytic capacitor determined by the specified initial value of tan δ × 2 (initial value of 0.05 × 200% = 0.1 in the present embodiment)
k: a safety constant for giving a margin to the life judgment, and is determined to be k ≧ 0 (0.003 in the present embodiment).
[0029]
Next, the deterioration determination processing will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the deterioration determination process of the deterioration degree calculating section 6.
In the present embodiment, in the deterioration determination process for each temperature, the deterioration degree at an ambient temperature of 70 ° C. is determined by the cumulative operating time in the first temperature band of 55 ° C. or more and less than 70 ° C., and the deterioration degree at an ambient temperature of 85 ° C. The degree of deterioration at each temperature is calculated as the deterioration due to the cumulative operating time of the second temperature band of 70 ° C. or more and less than 85 ° C., and the deterioration degree at the ambient temperature of 100 ° C. as the deterioration due to the cumulative operating time of the third temperature band of 85 ° C. or more. .
[0030]
First, the degree of deterioration D due to the cumulative operating time at an ambient temperature of 70 ° 70 , The counter value is read from the first temperature band accumulation counter Tc1 in S41 (S41), and the deterioration coefficient A of the first temperature band is calculated. 70 And the initial value B 70 And the start time C are set to 0 based on the data table of FIG. 6B (S42).
Next, it is determined whether the count value is the second operating time area or the third operating time area (S43, S45).
[0031]
If the count value is 2000 ≦ Tc1 <5000 (S43 Yes), the deterioration coefficient A of the first temperature band 70 And the initial value B 70 And start time C based on the data table of FIG. 70 = 5 × 10 -6 , B 70 = 0.06 and C = 2000 hours (S44), the degree of deterioration D at an ambient temperature of 70 ° 70 = (Tc1-2000) × 5 × 10 -6 It is calculated as +0.06 (S47).
[0032]
If the count value is 5000 ≦ Tc1 (S43 No, S45 Yes), the deterioration coefficient A of the first temperature band 70 And the initial value B 70 And start time C based on the data table of FIG. 70 = 5 × 10 -6 , B 70 = 0.075 and C = 5000 hours (S46), and the degree of deterioration D at an ambient temperature of 70 ° 70 = (Tc1-5000) × 5 × 10 -6 It is calculated as +0.075 (S47).
If S45 is No, the count value is less than the second operating time range, and the degree of deterioration D is 0.
[0033]
Next, the degree of deterioration D due to the cumulative operation time at an ambient temperature of 85 ° 85 Is read from the second temperature band accumulation counter Tc2 (S48), and the deterioration coefficient A of the second temperature band is calculated. 85 And the initial value B 85 And the start time C are set to 0 (S49).
Next, it is determined whether the count value is the second operating time area or the third operating time area (S50, S52).
[0034]
If the count value is 2000 ≦ Tc2 <5000 (S50 Yes), the deterioration coefficient A of the second temperature band 85 And the initial value B 85 And start time C based on the data table of FIG. 85 = 12 × 10 -6 , B 85 = 0.064 and C = 2000 hours (S51), and the degree of deterioration D at an ambient temperature of 85 ° is set. 85 = (Tc2-2000) × 12 × 10 -6 +0.064 is calculated (S54).
[0035]
If the count value is 5000 ≦ Tc2 (S50No, S52Yes), the deterioration coefficient A of the second temperature band 85 And the initial value B 85 And start time C based on the data table of FIG. 85 = 20 × 10 -6 , B 85 = 0.1 and C = 5000 hours (S53), and the degree of deterioration D at an ambient temperature of 85 ° is set. 85 = (Tc2-5000) × 20 × 10 -6 +0.1 is calculated (S54).
If S52 is No, the count value is less than the second operating time region, and the degree of deterioration D is 0.
[0036]
Next, the degree of deterioration D due to the cumulative operating time at an ambient temperature of 100 ° 100 Is calculated from the third temperature band accumulation counter Tc3 (S55), and the deterioration coefficient A of the third temperature band is calculated. 100 And the initial value B 100 And the start time C are set to 0 (S56).
Next, it is determined whether the count value is the first operating time area, the second operating time area, or the third operating time area (S57, S59, S61).
[0037]
If the count value is 1000 ≦ Tc3 <2000 (Yes at S57), the deterioration coefficient A of the third temperature band is obtained. 100 And the initial value B 100 And start time C based on the data table of FIG. 100 = 45 × 10 -6 , B 100 = 0.065 and C = 1000 hours (S58), and the degree of deterioration D at an ambient temperature of 100 ° is set. 100 = (Tc3-1000) × 45 × 10 -6 +0.065 is calculated (S63).
[0038]
If the count value is 2000 ≦ Tc3 <5000 (S57No, S59Yes), the deterioration coefficient A of the third temperature band 100 And the initial value B 100 And start time C based on the data table of FIG. 100 = 47 × 10 -6 , B 100 = 0.11 and C = 2000 hours (S60), and the degree of deterioration D at an ambient temperature of 100 ° is set. 100 = (Tc3-2000) × 47 × 10 -6 It is calculated as +0.11 (S63).
[0039]
If the count value is 5000 ≦ Tc3 (S57No, S59No, S61Yes), the deterioration coefficient A of the third temperature band 100 And the initial value B 100 And start time C based on the data table of FIG. 100 = 230 × 10 -6 , B 100 = 0.25 and C = 5000 hours (S62), and the degree of deterioration D at an ambient temperature of 100 ° is set. 100 = (Tc3-5000) × 230 × 10 -6 It is calculated as +0.25 (S63).
If S61 is No, the count value is less than the first operating time range, and the degree of deterioration D is 0.
[0040]
Next, in S64, the tan δ deterioration degree D is calculated by adding the above deterioration degrees based on the operation time for each ambient temperature (S64). Tan δ value indicating life tan δ L And a safety constant k are set in advance (S65), and k, tan δ L And tan δ deterioration degree D, tan δ L -Dk is calculated, and if the calculation result is greater than 0 (Yes in S66), the process proceeds to S4 in FIG. 3, and if less than 0, the alarm 2 is output to the outside (S66No, S67). The alarm 2 may turn on a light emitting diode or the like or sound a buzzer to output an alarm. Further, it may be output to an external device by a contact signal or a communication means. Since the alarm is output before the actual life is reached according to the safety constant k, the alarm can be replaced before the power supply unit breaks down.
[0041]
Referring again to FIG. 3, when the deterioration determination process of the deterioration degree calculation unit 6 is completed, the control unit 2 checks a communication request with the personal computer in S4, and if there is a request (S4 Yes), the operation time and the deterioration degree Then, the data is output to the personal computer 10 (S5). After the processing in S5, or if there is no request (S4 No), the processing proceeds to S6. In S6, the control unit 2 checks the communication request from the center, and if there is a request (S6 Yes), transfers the contents of the operating time recording memory 7 to the center (S7). After the processing in S7, or when there is no request from the center (S6 No), the processing proceeds to S8. In S8, the control unit 2 checks the judgment output signal from the power supply output monitoring unit 1, and if it is operating (S8 Yes), jumps to S1 and repeats the above processing.
If the power supply is stopped (S8 No), the process of S9 is performed. That is, after prohibiting the operation of the above-described interrupt processing, the control unit 2 performs the cumulative operation counter Tt and the cumulative work counter Ttw in the operation time counter 4, the first temperature band cumulative counter Tc1, and the second temperature band cumulative counter. The counter values of Tc2, the third temperature band accumulation counter Tc3, the first temperature band work counter Tcw1, the second temperature band work counter Tcw2, and the third temperature band work counter Tcw3 are stored in the operating time recording memory 7. . When the power supply device is restarted, S2 is executed by the control unit 2, and the counter values are loaded into the respective counters Tt, Ttw, Tc1, Tc2, Tc3, Tcw1, Tcw2, and Tcw3 as described above. The count operation is continuously performed from the counter value immediately before the restart, and the accumulated error is reduced. This is one of the features of the present invention.
[0042]
Next, another embodiment of the deterioration determination process will be described.
Referring to FIG. 3, in S3, a deterioration determination process of the power supply device based on the operation time of the power supply device counted in the interrupt process is performed.
In the present embodiment, the deterioration of the electrolytic capacitor depends on the degree of change F of the capacitance, and the life of the electrolytic capacitor can be determined when the capacitance decreases by 20% from a specified initial value. The focus is on the point that the deterioration of the capacitance of the capacitor changes depending on the temperature, but the deterioration at each temperature is accumulated.
FIG. 8A shows an ambient temperature-operating time characteristic of a capacitance change rate of an electrolytic capacitor to be subjected to deterioration determination.
In this figure, the characteristics at the operating ambient temperatures of 40 °, 70 °, 85 °, and 100 ° are indicated by characteristic curves indicated by 、, ●, ×, and Δ, respectively. °, 100 ° characteristics are used.
[0043]
In FIG. 8A, the operation time after the operation time of 500 hours at which a large change in the capacitance change rate appears is divided into operation time regions in which each capacitance change rate is almost constant. Each operating time area is a first operating time area (t1) of 500 to 2000 hours, a second operating time area (t2) of 2000 to 5000 hours, and a third operating time area (t3) of 5000 to 10000 hours.
First, in each operation time region, a decrease rate (gradient of a characteristic curve) in a capacitance change rate at each temperature is obtained, and each value is calculated as a capacitance deterioration coefficient (F *) of each operation time region. I do.
[0044]
FIG. 8B shows a data table storing data for determining deterioration. The data table shown in FIG. 8B contains the capacitance deterioration coefficient F for each temperature. 70 , F 85 , F 100 Is stored as shown in FIG.
Further, the data table shown in FIG. 8B includes the values of the capacitance change rates in the respective operation time regions, that is, the initial values of the capacitance change rates at the respective temperatures at the time points of 1000 hours, 2000 hours, and 5000 hours ( G *) is G 70 , G 85 , G 100 Is stored for each operating time area.
Further, the start time C1 of each operating time area is stored in the data table shown in FIG. 8B.
The capacitance deterioration degree H of the electrolytic capacitor is obtained by the cumulative deterioration time H based on the cumulative operating time for each ambient temperature (70 °, 85 °, 100 °). 70 , H 85 , H 100 Are calculated by the following equation.
[0045]
Capacitance deterioration degree H = H 70 + H 85 + H 100 (Equation 7)
here,
H 70 = (Tc1-C1) · F 70 + G 70 (Equation 8)
H 85 = (Tc2-C1) · F 85 + G 85 (Equation 9)
H 100 = (Tc3-C1) · F 100 + G 100 (Equation 10)
However,
Tc1: Cumulative operating time at an ambient temperature of 70 ° C.
Tc2: Cumulative operating time at an ambient temperature of 85 ° C
Tc3: Cumulative operating time at an ambient temperature of 100 ° C
F 70 , F 85 , F 100 : Deterioration coefficient
G 70 , G 85 , G 100 : The initial value of the capacitance change rate in the operating time region
C1: Operating time initial value in operating time area
And the life of the used electrolytic capacitor, that is, the life of the power supply unit,
H L −H−k = 0 (Equation 11)
Is satisfied.
However,
H L : Capacitance change rate indicating the life of the electrolytic capacitor determined by the change rate value with respect to the capacitance specification initial value (in this embodiment, the initial value is 20 (%))
k: a safety constant for giving a margin to the life determination, and is determined to be k ≧ 0 (1 in the present embodiment).
Next, the deterioration determination processing will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 7 is a flowchart illustrating the operation of the deterioration determination process of the deterioration degree calculation unit 6.
[0046]
In the present embodiment, in the deterioration determination process for each temperature, the deterioration degree at an ambient temperature of 70 ° C. is determined by the cumulative operating time in the first temperature band of 55 ° C. or more and less than 70 ° C., and the deterioration degree at an ambient temperature of 85 ° C. The degree of deterioration at each temperature is calculated as the deterioration due to the cumulative operating time of the second temperature band of 70 ° C. or more and less than 85 ° C., and the deterioration degree at the ambient temperature of 100 ° C. as the deterioration due to the cumulative operating time of the third temperature band of 85 ° C. or more. .
[0047]
First, the degree of deterioration H due to the cumulative operating time at an ambient temperature of 70 ° 70 In S71, the counter value is read from the first temperature band accumulation counter Tc1 (S71), and the deterioration coefficient F of the first temperature band is calculated. 70 And the initial value G 70 And the start time C1 are set to 0 (S72).
Next, it is determined whether the count value is the first operating time area, the second operating time area, or the third operating time area (S73, S75, S77).
[0048]
If the count value is 500 ≦ Tc1 <2000 (Yes in S73), the deterioration coefficient F of the first temperature band is obtained. 70 And the initial value G 70 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 70 = 1.19 × 10 -3 , G 70 = 1.54 and C1 = 500 hours (S74), and the degree of deterioration H at an ambient temperature of 70 ° is set. 70 = (Tc1-500) × 1.19 × 10 -3 It is calculated as +1.54 (S79).
[0049]
If the count value is 2000 ≦ Tc1 <5000 (S73 No, S75 Yes), the deterioration coefficient F of the first temperature band 70 And the initial value G 70 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 70 = 1.11 × 10 -3 , G 70 = 3.33 and C1 = 2000 hours (S76), the degree of deterioration H at an ambient temperature of 70 ° 70 = (Tc1-2000) × 1.11 × 10 -3 +3.33 is calculated (S79).
[0050]
If the count value is 5000 ≦ Tc1 (S73 No, S75 No, S77 Yes), the deterioration coefficient F of the first temperature band 70 And the initial value G 70 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 70 = 0.564 × 10 -3 , G 70 = 6.67 and C1 = 5000 hours (S78), and the degree of deterioration H at an ambient temperature of 70 ° was set. 70 = (Tc1-5000) × 0.564 × 10 -3 +6.67 is calculated (S79). If S77 is No, the count value is less than the first operating time range, and the degree of deterioration H is 0.
[0051]
Next, the degree of deterioration H due to the cumulative operating time at an ambient temperature of 85 ° 85 Is read from the second temperature band cumulative counter Tc2 (S80), and the deterioration coefficient F of the second temperature band is calculated. 85 And the initial value G 85 And the start time C1 are set to 0 (S81).
Next, it is determined whether the count value is the first operating time area, the second operating time area, or the third operating time area (S82, S84, S86).
[0052]
If the count value is 500 ≦ Tc2 <2000 (Yes at S82), the deterioration coefficient F of the second temperature band is obtained. 85 And the initial value G 85 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 85 = 2.91 × 10 -3 , G 85 = 1.54 and C1 = 500 hours (S83), and the degree of deterioration H at an ambient temperature of 85 ° is set. 85 = (Tc2-500) × 2.91 × 10 -3 It is calculated as +1.54 (S88).
[0053]
If the count value is 2000 ≦ Tc2 <5000 (S82 No, S84 Yes), the deterioration coefficient F of the second temperature band 85 And the initial value G 85 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 85 = 1.28 × 10 -3 , G 85 = 5.9 and C1 = 2000 hours (S85), the degree of deterioration H at an ambient temperature of 85 ° 85 = (Tc2-2000) × 1.28 × 10 -3 +5.9 is calculated (S88).
[0054]
If the count value is 5000 ≦ Tc2 (S82 No, S84 No, S86 Yes), the deterioration coefficient F of the second temperature band 85 And the initial value G 85 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 85 = 0.932 × 10 -3 , G 85 = 9.74 and C1 = 5000 hours (S87), and the degree of deterioration H at an ambient temperature of 85 ° is set. 85 = (Tc2-5000) × 0.932 × 10 -3 +9.74 is calculated (S88).
If S86 is No, the count value is less than the first operating time range, and the degree of deterioration H is 0.
[0055]
Next, the degree of deterioration H due to the cumulative operating time at an ambient temperature of 100 ° 100 Is calculated from the third temperature band cumulative counter Tc3 (S89), and the deterioration coefficient F of the third temperature band is calculated. 100 And the initial value G 100 And the start time C1 are set to 0 (S90).
Next, it is determined whether the count value is the first operating time area, the second operating time area, or the third operating time area (S91, S93, S95).
[0056]
If the count value is 500 ≦ Tc3 <2000 (Yes in S91), the deterioration coefficient F of the third temperature band is obtained. 100 And the initial value G 100 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 100 = 2.57 × 10 -3 , G 100 = 4.36 and C1 = 500 hours (S92), and the degree of deterioration H at an ambient temperature of 100 ° is set. 100 = (Tc3-500) × 2.57 × 10 -3 +4.36 is calculated (S97).
[0057]
If the count value is 2000 ≦ Tc3 <5000 (S91 No, S93 Yes), the deterioration coefficient F of the third temperature band 100 And the initial value G 100 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 100 = 1.70 × 10 -3 , G 100 = 8.21 and C1 = 2000 hours (S94), and the degree of deterioration H at an ambient temperature of 100 ° is set. 100 = (Tc3-2000) × 1.70 × 10 -3 +8.21 is calculated (S97).
[0058]
If the count value is 5000 ≦ Tc3 (S91No, S93No, S95Yes), the deterioration coefficient F of the third temperature band is obtained. 100 And the initial value G 100 And the start time C1 are set to F based on the data table of FIG. 100 = 2.12 × 10 -3 , G 100 = 13.3 and C1 = 5000 hours (S96), and the degree of deterioration H at an ambient temperature of 100 ° is set. 100 = (Tc3-5000) × 2.12 × 10 -3 It is calculated as +13.3 (S97).
If S96 is No, the count value is less than the first operating time range, and the degree of deterioration H is 0.
[0059]
Next, in S98, the degree of deterioration H based on the operation time for each ambient temperature is determined. 70 , H 85 , H 100 Is added to calculate the capacitance deterioration H (S98). Capacitance value H indicating life L = 20 and a safety constant k = 1 are set in advance (S99). L And the degree of capacitance deterioration H, H L -Hk is calculated, and if the calculation result is greater than 0 (S100 Yes), the process proceeds to S4 in FIG. 3, and if less than 0, the alarm 2 is output to the outside (S100 No, S101). The alarm 2 may turn on a light emitting diode or the like or sound a buzzer to output an alarm. Further, it may be output to an external device by a contact signal or a communication means. Since the alarm is output before the actual life is reached according to the safety constant k, the alarm can be replaced before the power supply unit breaks down.
[0060]
In the block diagram shown in FIG. 1, except for a small part such as a temperature sensor 2, a data I / F unit 8 and a power supply for a timer (not shown), other components are built in a general-purpose inexpensive one-chip microcomputer. It is possible to provide an inexpensive power supply timer device that can be sufficiently realized with functions, is small, lightweight, consumes little power, and is inexpensive.
[0061]
【The invention's effect】
The present invention includes a cumulative operating time counter that counts and records the cumulative operating time of the power supply device.
Therefore, by reading out the recorded cumulative operating time, the accurate cumulative operating time of the power supply can be known, and furthermore, the deterioration of the power supply can be determined from the actual operating time.
[0062]
The present invention includes a sensor for measuring the operating ambient temperature of the power supply device, and an accumulated operating time counter for counting and recording the accumulated operating time corresponding to the operating ambient temperature of the power supply device based on the measurement value of the sensor.
Therefore, by reading the recorded cumulative operating time for each temperature band, the actual data of the peripheral temperature of the power supply unit-the cumulative operating time can be accurately known, and furthermore, the actual operating temperature state and the operation in the temperature state can be obtained. The deterioration of the power supply device can be determined based on the time.
The present invention includes an output unit that compares the accumulated operation time with a predetermined set time and outputs a signal for determining deterioration of the power supply device to the outside based on the result.
Therefore, an alarm can be output to the outside based on the accurate cumulative operation time of the power supply device, so that the maintenance of the power supply device can be performed at a predetermined appropriate timing. Furthermore, if the timing for outputting the alarm is set slightly earlier in advance, it becomes possible to replace the power supply device before the power supply device wears out.
[0063]
The present invention provides means for starting and stopping an operation time counter in accordance with the output voltage level of the power supply device, and holding the accumulated operation time taunter value at the time of the stop, and accumulating the operation time at the time of the start at the time of the start. Means for loading a counter value into the cumulative operation time counter.
Therefore, the operation time of the power supply device can be accurately accumulated and the deterioration of the power supply device can be accurately determined.
[0064]
The present invention provides a first step of counting the respective cumulative operating times corresponding to the operating ambient temperature of the power supply, and the deterioration of the power supply at each operating ambient temperature based on the count value of each step. And a third step of determining the degree of deterioration of the power supply device based on each of the degrees of deterioration determined in the second step. Features the program.
Therefore, it is possible to know the degree of deterioration of the power supply device based on the accumulated operating time for each use temperature, to accurately compensate for the degree of deterioration of the power supply device based on the operating time, and to significantly improve the accuracy of determining the degree of deterioration.
[0065]
The present invention is characterized by further including a fourth step of determining the life of the power supply device by giving a margin to the degree of deterioration determined in the third step.
Therefore, the life of the power supply device can be determined earlier as needed.
[0066]
The present invention is characterized by further comprising a fifth step of transmitting the count value of the first step to a center.
Therefore, maintenance of a plurality of operating power supply devices can be centrally managed at the center.
[0067]
Further, according to the configuration shown in the present invention, it is possible to provide an inexpensive power source deterioration degree judging device which can be sufficiently realized with a general-purpose inexpensive one-chip microcomputer and a few additional components, and which is small, lightweight, consumes little power and is inexpensive. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a main part of a deterioration determination device for a power supply according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing an operation time counter 4 in FIG. 1 in detail;
FIG. 3 is a flowchart illustrating a main process of a power supply deterioration determination device.
FIG. 4 is a flowchart showing an interrupt process in step 2 in FIG. 3;
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a first deterioration determination process in step 3 in FIG. 3;
FIG. 6A is a diagram showing an ambient temperature-operating time characteristic of a tangent (tan δ) of a loss angle of an electrolytic capacitor.
FIG. 6B is a data table of a tangent deterioration degree of the electrolytic capacitor.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a second deterioration determination process in step 3 in FIG. 3;
FIG. 8A is a diagram showing an ambient temperature-operating time characteristic of a capacitance change rate of an electrolytic capacitor.
FIG. 8B is a data table of the degree of deterioration of the capacitance of the electrolytic capacitor.
[Explanation of symbols]
1 Power output monitor
2 control unit
3 Temperature sensor
4 Operating time counter
5 Counter value judgment unit
6 Deterioration calculation section
7 Operating time recording memory
8 Data I / F section
9 Center
10 PC

Claims (7)

電源装置の累積稼働時間をカウントし、記録する累積稼働時間カウンタを備えることを特徴とする電源用劣化判別装置。A power supply deterioration determination device comprising a cumulative operation time counter that counts and records the cumulative operation time of a power supply device. 電源装置の使用周囲温度を計測するセンサと、
該センサの計測値に基づいて電源装置の使用周囲温度に対応した累積稼働時間をカウントし、記録する累積稼働時間カウンタを備えた電源用劣化判別装置。
A sensor for measuring the ambient temperature of the power supply;
A power supply deterioration determination device including a cumulative operation time counter that counts and records the cumulative operation time corresponding to the operating ambient temperature of the power supply device based on the measurement value of the sensor.
前記累積稼働時間が予め定めた設定時間と比較され、この結果に基づいて前記電源装置の劣化判別のための信号を外部に出力する出力部を備える請求項1または2に記載の電源用劣化判別装置。The power supply deterioration determination device according to claim 1, further comprising an output unit that compares the accumulated operation time with a predetermined set time and outputs a signal for determining deterioration of the power supply device to the outside based on the result. apparatus. 前記累積稼働時間カウンタを前記電源装置の出力電圧レベルに応じて起動・停止する手段と、
該停止時の該累積稼働時間タウンタ値を保持して、該起動時に該停止時の累積稼働時間カウンタ値を該累積稼働時間カウンタにロードする手段とを備える請求項1、2または3にいずれかに記載の電源用劣化判別装置。
Means for starting and stopping the cumulative operation time counter according to the output voltage level of the power supply device,
4. A means for holding the cumulative operating time taunter value at the time of the stop and loading the cumulative operating time counter value at the time of the stop into the cumulative operating time counter at the time of starting. The deterioration determination device for a power supply according to 1.
電源装置の使用周囲温度に対応した各々の累積稼働時間をカウントする第1のステップと、
この1のステップの各々のカウント値に基づいて各々の使用周囲温度での電源装置の劣化度を決定する第2のステップと、
第2のステップで決定された各々の劣化度に基づいて該電源装置の劣化度を決定する第3のステップと、
を実行する電源装置の劣化度判別用のプログラム。
A first step of counting each cumulative operating time corresponding to the operating ambient temperature of the power supply;
A second step of determining the degree of deterioration of the power supply device at each use ambient temperature based on the count value of each of the one steps;
A third step of determining a degree of deterioration of the power supply device based on each degree of deterioration determined in the second step;
For determining the degree of deterioration of the power supply unit that executes the program.
前記第3のステップで決定された劣化度に余裕度を持たせて前記電源装置の寿命を決定する第4のステップを更に含む請求項5に記載の電源装置の劣化度判別用のプログラム。6. The non-transitory computer-readable storage medium according to claim 5, further comprising a fourth step of determining a life of the power supply device by giving a margin to the degree of deterioration determined in the third step. 前記第1のステップのカウント値をセンタに伝送する第5のステップを更に含む請求項5または6項に記載の電源装置の劣化度判別用のプログラム。7. The non-transitory computer-readable storage medium according to claim 5, further comprising a fifth step of transmitting the count value of the first step to a center.
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