JP2009092505A - コンデンサ故障検出回路および電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源投入時から電源装置のコンデンサの異常を検出することができるようにすること。
【解決手段】電源回路１のコンデンサ回路１３は、コンデンサ回路ユニット１３−１〜１３−ｎからなる。コンデンサ回路ユニット１３−１は、コンデンサＣ１とバランス抵抗Ｒ１の並列回路とコンデンサＣ１１とバランス抵抗Ｒ１１＋Ｒ２１とからなる。抵抗Ｒ２１の電圧降下が検出されて、検出電圧Ｖｎとしてコンデンサ異常検出回路５１に入力する。検出電圧Ｖｎは、上限閾値Ｘ＝Ｖｎ＋αと下限閾値Ｙ＝Ｖｎ−βと比較される。検出電圧Ｖｎが、上限閾値Ｘより大となるかあるいは下限閾値より小となれば、コンデンサＣ１あるいはＣ１１が故障していることがわかる。
【選択図】図２

Description

本発明は、直並列に接続されたコンデンサの故障を検出するコンデンサ故障検出回路およびコンデンサの故障を検出することができる電源装置に関する。

一般に、交流電源からの電力を直流に変換して、変換された直流電力を例えば誘導電動機などの負荷装置に供給するような電源回路には、直列かつ並列に接続されたリップル・フィルタ用のコンデンサを備えている。

リップル・フィルタ用コンデンサは、交流電源の瞬時停電時には、負荷装置にエネルギーを供給するように動作する。このエネルギー供給により、交流電源に瞬時停電が起こっても、負荷装置をダウンさせることなく動作させることができる。ただし、瞬時停電の時間が長い場合、負荷装置をダウンさせることなく動作させようとすると、大容量のリップル・フィルタ用コンデンサを追加する必要がある。

一般に、リップル・フィルタ用コンデンサには、電解コンデンサが使用される。電解コンデンサの耐電圧仕様の最大値は、４５０Ｖ程度である。入力電圧が４００ＶＡＣでは、整流電圧が約５６０Ｖになるので、１つのコンデンサの耐電圧仕様を超えてしまう。したがって、２つのコンデンサを直列に使用することが行われている。

図１に、従来のリップル・フィルタ用のコンデンサを備えた電源回路を有する装置を示す。このような装置は、交流電力から直流電力に変換する電源回路１と、電源回路１に接続されるモータ駆動用電力増幅器等の負荷装置２と、負荷装置２を制御する制御部３と、制御部３に接続する表示装置４を備える。電源回路１は、交流電源（図示せず）に接続する電源スイッチＳＷと、電源スイッチＳＷに接続される整流回路１１と、サイリスタＳＣＲと抵抗Ｒ０との並列回路を介して整流回路１１に接続されるコンデンサ回路１２とを備える。電源スイッチＳＷとサイリスタＳＣＲとは、制御部３により制御される。

整流回路１１は、三相ダイオードブリッジで構成されている。また、コンデンサ回路１２は、ｎ個のコンデンサ回路ユニット１２−１〜１２−ｎを有する。コンデンサ回路ユニット１２−１〜１２−ｎは、リップル・フィルタ用のコンデンサＣと電圧バランスをとるためのバランス抵抗Ｒとが並列接続されてなる回路が、二組直列に接続されることによって構成される。

制御部３の制御により、電源スイッチＳＷがオンすると、コンデンサへの突入電流を抑制するために、抵抗Ｒ０を径由して、コンデンサ回路の各コンデンサＣが充電される。一定時間経過後、コンデンサの充電がほとんど完了した時点で、ＳＣＲを動作させて抵抗Ｒ０を短絡して、負荷装置を動作させる。

このように、電力変換を行う電源回路には、大容量・高電圧のコンデンサが必要とされ、コンデンサは多数直列、並列に接続されて使用される。この場合、コンデンサは、大きなエネルギーが介在する回路上に存在するので、故障すると（特にショート故障）コンデンサ自体及び周辺部への被害が大きいものになるので、コンデンサの故障の早期検出が重要となっている。しかしながら、コンデンサの故障あるいは異常を検出するために提案されている従来の回路装置（特許文献１〜３参照）では、コンデンサが十分充電されるのを待って異常検出を行う必要があり、電源投入直後からすぐに異常検出を行うことができなかった。

特開平８−７９９６３号公報 特開平７−２５５１７９号公報 特開平８−６２２７０号公報

本発明は、上記問題に鑑み、電源投入時からコンデンサの異常を検出することができるコンデンサ故障検出回路および電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様であるコンデンサ故障検出回路は、コンデンサとバランス抵抗の並列回路を２個直列接続されてなるコンデンサ回路ユニットをさらに複数組並列接続して構成されるコンデンサ回路のコンデンサ故障検出回路において、前記コンデンサ回路ユニットの１つのコンデンサに並列接続されるバランス抵抗は複数の抵抗から構成されており、前記複数の抵抗のうち１つの抵抗の電圧降下を検出する電圧検出手段と、下限閾値と該下限閾値より大きい上限閾値とを有し、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断するコンデンサ異常検出手段と、を備え、少なくとも前記下限閾値は前記コンデンサ回路ユニットに印加される直流電圧に比例して変化することを特徴とする。

また、前記コンデンサ回路の立ち上がり期間に、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合一方のコンデンサのオープン異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合他方のコンデンサのオープン異常と判断するようにすることができる。

さらに、前記電圧降下が検出される抵抗と直列に接続されるスイッチを備え、前記コンデンサ回路の立ち上がり期間内の所定期間、該スイッチをオフにすることにより、前記コンデンサ回路ユニットの直列接続されたすべてのコンデンサのオープン異常を検出することもできる。

さらに、前記コンデンサ回路の定常動作期間に、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合一方のコンデンサのショート異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合他方のコンデンサのショート異常と判断することもできる。

さらに、前記コンデンサ異常検出手段は、前記コンデンサ回路ユニットのそれぞれに対応して設けられ、前記上限閾値および前記下限閾値は、前記コンデンサ回路ユニットに印加される電圧を抵抗分割して生成されることができる。

さらに、前記コンデンサ異常検出手段は、前記コンデンサ回路ユニットごとに前記電圧検出手段で検出された電圧を並列入力して直列出力するセレクタと、該セレクタからの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、前記上限閾値と下限閾値を記憶するメモリと、入力電圧を比較するコントローラを有し、前記コントローラは、前記ＡＤコンバータの出力と前記メモリから出力される前記上限閾値と下限閾値とを比較することもできる。

さらに、コンデンサ異常検出手段に接続された表示装置を備え、コンデンサに異常があったときに表示あるいは警報を発するとともに、前記電圧検出手段で検出された電圧の値または変化量を、数値或いはグラフにて、表示装置に表示することもできる。

本発明の第２の態様である電源装置は、交流電源に接続される電源スイッチと、前記電源スイッチに接続される整流器と、前記整流器に接続されるとともに、負荷装置に電力を供給するコンデンサ回路であって、コンデンサとバランス抵抗の並列回路を２個直列接続されてなるコンデンサ回路ユニットをさらに複数組並列接続して構成され、さらに前記コンデンサ回路ユニットの１つのコンデンサに並列接続されるバランス抵抗が複数の抵抗から構成されているコンデンサ回路と、前記複数の抵抗のうち１つの抵抗の電圧降下を検出する電圧検出手段と、下限閾値と該下限閾値より大きい上限閾値とを有し、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断するコンデンサ異常検出手段であって、少なくとも前記下限閾値は前記コンデンサ回路ユニットに印加される直流電圧に比例して変化するコンデンサ異常検出手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記電圧降下が検出される抵抗と直列に接続されるスイッチを備え、前記コンデンサ回路の立ち上がり期間内の所定期間、該スイッチをオフにすることにより、前記コンデンサ回路ユニットの直列接続されたすべてのコンデンサのオープン異常を検出することもできる。

本発明によるコンデンサ検出回路および電源装置は、下限閾値をコンデンサに印加される電圧に比例して変化させることにより、電源投入時からコンデンサの異常を検出することができる。また、入力電源電圧の変動等によりコンデンサ印加電圧が変動する場合でも、適正に異常判断を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態を示す図である。図２において、図１と共通する構成には、図１と同じ符号を付してある。

全体の装置は、交流電力から直流電力に変換する電源回路１と、電源回路１に接続される負荷装置２と、負荷装置２を制御する制御部３と、制御部３に接続する表示装置４を備える。電源回路１は、交流電源（図示せず）に接続する電磁接触器から構成される電源スイッチＳＷと、電源スイッチＳＷに接続される、複数のダイオードＤからなる整流回路１１と、サイリスタＳＣＲと突入電流抑制抵抗Ｒ０との並列回路を介して整流回路１１に接続されるコンデンサ回路１３とを備える。コンデンサ回路１３は、リプルフィルタを構成し、停電時にエネルギーを供給可能なコンデンサ回路である。電源スイッチＳＷとサイリスタＳＣＲとは、制御部３により制御される。

コンデンサ回路１３は、ｎ個のコンデンサ回路ユニット１３−１〜１３−ｎを有する。コンデンサ回路ユニット１３−１〜１３−ｎの回路構成は、すべて同一である。例えばコンデンサ回路ユニット１３−１は、コンデンサＣ１とバランス抵抗Ｒ１の並列回路と、コンデンサＣ１１と、抵抗Ｒ１１とＲ２１とが直列接続されてなるバランス抵抗の並列回路とが、直列に接続されて構成されている。

一般に、コンデンサ回路ユニット１３−ｋ（１≦ｋ≦ｎ）は、コンデンサＣｋとバランス抵抗Ｒｋの並列回路と、コンデンサＣ１ｋと、抵抗Ｒ１ｋとＲ２ｋとが直列接続されてなるバランス抵抗の並列回路とが、直列に接続されて構成されている。

ここで、使用されるすべてのコンデンサＣｋとＣ１ｋ（１≦ｋ≦ｎ）の容量は等しい。さらに、抵抗Ｒｋ（１≦ｋ≦ｎ）の値は等しく、抵抗Ｒ１ｋとＲ２ｋの値も等しい。さらに、抵抗Ｒ１ｋとＲ２ｋの値の和は、抵抗Ｒｋに等しい。

コンデンサＣ１とＣ１１、抵抗Ｒ１、Ｒ１１、Ｒ２１からなる１組のコンデンサ回路ユニット１３−１に対応して、１つのコンデンサ異常検出回路５１が設けられる。同様に、コンデンサＣｋとＣ１ｋ、抵抗Ｒｋ、Ｒ１ｋ、Ｒ２ｋ（２≦ｋ≦ｎ）からなる１組のコンデンサ回路ユニット１３−ｋに対応して、１つのコンデンサ異常検出回路５ｋが設けられる。本実施形態では、コンデンサ直並列回路とコンデンサ異常検出回路はそれぞれｎ個配置される。

以下、コンデンサ検出回路５１を例にして説明する。その他のコンデンサ検出回路５２〜５ｎも同様である。コンデンサ異常検出回路５１の一方の電源端子５１１は、電源回路１の一方の電源ライン１５に接続し、コンデンサ異常検出回路５１の他方の電源端子５１２は、電源回路１の他方の電源ライン１６に接続する。電源端子５１１と５１２間には、分圧のための抵抗Ｒ３とＲ４とが直列接続している。抵抗Ｒ４に並列に、抵抗Ｒ５とＲ６の直列回路と、抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９の直列回路が接続している。

抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９の直列回路は、第１の比較器Ｃｐ１と第２の比較器Ｃｐ２の閾値となる基準電圧を決定する。第１の比較器Ｃｐ１の非反転（＋）端子には、抵抗Ｒ７とＲ８の接続点が接続され、閾値Ｘは抵抗Ｒ７とＲ８の接続点の電圧となる。第２の比較器Ｃｐ２の反転（−）端子には、抵抗Ｒ８とＲ９の接続点が接続され、閾値Ｙは抵抗Ｒ８とＲ９の接続点の電圧となる。

一方、コンデンサ異常検出回路５１の信号入力端子５１３は、コンデンサ直並列回路１３−１の抵抗Ｒ１１とＲ２１との接続点に接続され、抵抗Ｒ１１とＲ２１との接続点Ｚ１の電圧、換言すれば抵抗Ｒ２１の電圧降下が入力する。信号入力端子５１３は、抵抗Ｒ５とＲ６の接続点に接続され、さらに第１の比較器Ｃｐ１の反転（−）端子と第２の比較器Ｃｐ２の非反転（＋）端子に接続される。したがって、抵抗Ｒ１１とＲ２１との接続点Ｚ１の電圧が、第１の比較器Ｃｐ１の反転（−）端子と第２の比較器Ｃｐ２の非反転（＋）端子に入力される。

第１および第２の比較器Ｃｐ１、Ｃｐ２は、差動増幅器で構成され、バイアス電圧を供給するための直流電源Ｖに接続されている。また、第１の比較器Ｃｐ１と第２の比較器Ｃｐ２の出力は出力点Ａに現れ、制御部３に入力する。なお、抵抗１０は出力抵抗である。

ここで、第１の比較器Ｃｐ１の閾値Ｘは、直列接続された同一容量のコンデンサＣとＣ１とが正常なときの抵抗Ｒ２１の電圧降下Ｖｎ、すなわち点Ｚ１の電圧Ｖｎに対して、Ｖｎ＋αに設定される。αは、コンデンサ容量のばらつき、入力電圧の変化、検出回路７１の構成部品定数のばらつき等を考慮して決定される定数である。閾値Ｘは、コンデンサが正常なときの点Ｚ１の電圧の上限を定めるので、上限閾値ということもできる。

また、第２の比較器Ｃｐ２の閾値Ｙは、同様にコンデンサが正常なときの抵抗Ｒ２１の電圧降下量Ｖｎ、すなわち点Ｚ１の電圧Ｖｎに対して、Ｖｎ−βに設定される。βも、αと同様に、コンデンサ容量のばらつき、入力電圧の変化、検出回路７１の構成部品定数のばらつき等を考慮して決定される定数である。閾値Ｙは、コンデンサが正常なときの点Ｚ１の電圧の下限を定めるので、下限閾値ということもできる。

電源回路１の点Ｚ１の電圧が、比較器Ｃｐ１によりＸ＝Ｖｎ＋βと比較され、比較器Ｃｐ２によりＹ＝Ｖｎ−βと比較される。点Ｚ１の電圧が、値Ｖｎ＋βと値Ｖｎ−βの間にあれば、正常であると判断される。

図３は、コンデンサ異常検出回路の入力と出力の関係を説明する図である。図３の縦軸は、コンデンサ異常検出回路の出力である点Ａの電圧を示し、横軸は、コンデンサ異常検出回路の入力である点Ｚ１の電圧を示す。点Ｚ１の電圧が、下限閾値Ｙと上限閾値Ｘの範囲にあるとき、検出回路の出力は、”１”となり、正常と判定される。点Ｚ１の電圧が、下限閾値Ｙより小さいか、または上限閾値Ｘより大きい場合、検出回路の出力は、”０”となり、異常と判定される。

図４は、本実施形態のコンデンサ異常検出回路の検出電圧と閾値との関係を説明する図である。図３のグラフは、縦軸が電圧で、横軸が時間で、正常な装置に対する検出出力を示している。すなわち、コンデンサ回路ユニット１３−１が正常であれば、点Ｚ１の検出電圧は、電源スイッチＳＷがオンされて電源回路が立ち上がる期間と定常動作期間、さらには電源スイッチＳＷがオフされた後の立下りの期間を通じて、上限閾値Ｘと下限閾値Ｙの中間にあることを示している。

ところで、２つの閾値Ｘ、Ｙは、直列接続されたコンデンサＣ、Ｃ１に印加されるコンデンサ印加電圧を抵抗分割して生成している。したがって、上限閾値Ｘと下限閾値Ｙは、コンデンサ印加電圧の変化に応じて変化する。例えば、下限閾値Ｙがコンデンサ印加電圧の変化に応じて変化することのない固定閾値では、コンデンサ電圧印加開始時、コンデンサが正常にもかかわらずコンデンサの印加電圧が閾値を下回る時間が発生し、誤検出をする。この誤検出する時間を、非検出時間として検出信号を無視するようにすることもできるが、たとえばショート故障のコンデンサがあった場合、この非検出時間に、ショートコンデンサにエネルギーが供給されることになり、危険である。本実施形態では、下限閾値Ｙおよび上限閾値Ｘは、コンデンサ印加電圧の変化に比例して変化するので、電源投入からコンデンサが充電されるまでの過渡期間であっても、コンデンサの異常検出を行うことができる。したがって、より早期のコンデンサ故障を検出することができる。さらに、コンデンサ印加電圧の変化に伴って点Ｚ１の検出電圧が変化しても、２つの閾値Ｘ、Ｙは、コンデンサ印加電圧に比例して変化するので誤検出するおそれはない。

なお、２つの閾値Ｘ，Ｙともにコンデンサ印加電圧の変化に対応して変化する値を有するものとして説明したが、下限閾値のみをコンデンサ印加電圧の変化に対応して変化させるようにして、検出点の電圧より大きな電圧を規定する上限閾値Ｘは固定であってもよい。

以下、図３を参照して、本実施形態のコンデンサ異常検出回路の動作を説明する。まず、定常運転時の異常検出について説明する。

定常運転時にコンデンサＣ１がショートすると、コンデンサＣ１は、コンデンサＣ１と並列な抵抗Ｒ１を短絡するので、抵抗Ｒ２に流れる電流は増大し、点Ｚ１の電位は上昇する。第１の比較器Ｃｐ１の上限閾値Ｘが、コンデンサＣ１がショートしたときの点Ｚ１の電位より小さく設定されていると、上昇した点Ｚ１の電位は、第１の比較器Ｃｐ１の上限閾値Ｘ＝Ｖｎ＋αを超える。したがって、コンデンサＣ１のショートが検出され、検出結果の表示あるいは報知が表示装置４により行われる。

定常運転時にコンデンサＣ１１がショートすると、コンデンサＣ１１と並列な抵抗Ｒ１１とＲ２１の直列回路を短絡するので、抵抗Ｒ２に流れる電流は減少し、点Ｚ１の電位は下降する。第２の比較器Ｃｐ２の下限閾値Ｙは、コンデンサＣ１１がショートしたときの点Ｚ１の電位より大きく設定されていると、下降した点Ｚ１の電位は、第２の比較器Ｃｐ２の下限閾値Ｙ＝Ｖｎ−βより低下する。したがって、コンデンサＣ１１のショートが検出され、検出結果の表示あるいは報知が表示装置４により行われる。

ところで、電源回路１では、コンデンサ印加電圧をバランスするためのバランス抵抗Ｒ１、Ｒ１１がコンデンサＣ１、Ｃ１１に並列に挿入されているので、コンデンサＣ１、Ｃ１１が定常運転時においてオープンになったとしても、点Ｚ１の電位には変化がみられない。したがって、コンデンサＣ１、Ｃ１１のオープン異常は、定常運転時には検出することができない。一般にコンデンサに対してバランス抵抗を使用する電力変換回路では、コンデンサＣ１、Ｃ１１のオープン異常は、定常運転時には検出することができない。

本発明の実施形態では、コンデンサがオープンとなっている場合は、電源起動時のコンデンサへの初期充電電圧の変化を利用して検出する。言い換えれば、コンデンサ電圧印加開始からコンデンサへの電圧充電が完了するまでの時間で検出する。

電源起動時にコンデンサＣ１がオープンであるとすると、電源スイッチＳＷをオンすると、コンデンサＣ１に並列に入っている抵抗Ｒ１の電圧降下が増大する。したがって、抵抗Ｒ１と直列に接続されている抵抗Ｒ２１の電圧降下が通常より減少して、点Ｚ１の電位が、閾値Ｖｎ−βより低下する。これにより、コンデンサC１がオープンであることが検出できる。

電源起動時にコンデンサＣ１１がオープンであるとすると、電源スイッチＳＷをオンにすると、コンデンサＣ１１に並列に接続されている抵抗Ｒ１１とＲ１２に流れる電流は増大する。その結果、抵抗Ｒ１２の電圧降下は増大する。すなわち、電源立ち上がり時より点Ｚ１の電位が、閾値Ｖｎ＋α値を超えることになり、コンデンサＣ１１のオープンを検出することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態を示す図である。図５は、図２と共通する構成要素には同一の番号を付してある。第２の実施形態は、制御部６にコンデンサ異常検出回路を備えるもので、検出信号をデジタル信号に変換して、デジタル信号で閾値との比較を行うものである。

図５に示すように、交流から直流に変換する電源回路１と、電源回路１に接続される負荷装置２とからなる装置は、第１の実施形態と同様である。例えばコンデンサ回路ユニット１３−１は、コンデンサＣ１とバランス抵抗Ｒ１の並列回路と、コンデンサＣ１１と、抵抗Ｒ１１とＲ２１とが直列接続されてなるバランス抵抗の並列回路とが、直列に接続されて構成されている。

制御部６には、コンデンサ回路ユニット１３−１〜１３−ｎの点Ｚ１〜点Ｚｎの電圧が入力し、順次出力するセレクタ６１と、セレクタ６１からの出力信号をＡＤ変換するＡＤコンバータ６２と、第１の実施形態の上限閾値Ｘと下限閾値Ｙをデジタル値として記憶する例えばＲＯＭのようなメモリ６３と、ＡＤコンバータ６２からの出力とメモリ６３から読み出される閾値とを比較して正常異常を判定するコントローラ６４とを備えている。

コンデンサ回路ユニット１３−１〜１３−ｎの点Ｚ１〜点Ｚｎの電圧は、制御部６のセレクタ６１に並列に入力し、セレクタ６１から順次に出力して、ＡＤコンバータ６２に入力する。ＡＤコンバータ６２は、順次入力されるセレクタ出力をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、コントローラ６４に入力し、メモリ６３からコントローラ６３に読み出される上限閾値Ｘと下限閾値Ｙと比較される。

メモリ６３に記憶されている上限閾値Ｘと下限閾値Ｙは、第１の実施形態の上限閾値Ｘと下限閾値Ｙをデジタル化したものであるので、電源スイッチＳＷがオンされるコンデンサ印加電圧開始から、電源スイッチＳＷがオフされるコンデンサ電圧印加の終了までのコンデンサ電圧変化を想定した値をもつ。したがって、メモリ６３に記憶されている上限閾値Ｘと下限閾値Ｙも、図４に示すグラフのとおりの変化を表現することができる。本実施形態でも、閾値Ｘ、Ｙは、コンデンサの印加電圧に比例して変化するので、電源投入時から常時異常を検出することが可能である。場合によっては、下限閾値Ｙのみを、コンデンサの印加電圧に比例して変化させるようにしてもよいことは、第１の実施形態と同様である。

したがって、コンデンサ印加電圧開始からコンデンサ電圧印加の終了までの点Ｚ１〜Ｚｎの電圧を、メモリ６３に記憶されている上限閾値Ｘおよび下限閾値Ｙと比較することにより、第１の実施形態と同様にコンデンサの状態を評価できる。なお、点Ｚ１〜Ｚｎの電圧と２つの閾値Ｘ，Ｙとの比較処理および正常異常の判定は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。

表示装置４では、異常と判定されたコンデンサが表示され、異常の種類であるショートあるいはオープンの状態が表示される。また、検出点Ｚ１〜Ｚｎの電圧の値あるいは変化量を数値あるいはグラフにより表示装置４に表示することもできる。

図６は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。第３の実施形態は、図５に示す第２の実施形態のコンデンサ回路ユニット１３−１〜１３−ｎに代えて、コンデンサ回路ユニット１４−１〜１４−ｎを用いたものである。コンデンサ回路ユニット１４−１についてみると、コンデンサ回路ユニット１３−１との相違は、抵抗Ｒ２１と電源ライン１６との間にスイッチａ１を有している点にある。同様に、その他の直並列回路１４−２〜１４−ｎは、抵抗Ｒ２ｋと電源ライン１６との間にスイッチａｋ（２≦ｋ≦ｎ）を有している。ここで、ｎ個のスイッチａ１〜ａｎは、常閉スイッチである。

図５に示す第２の実施形態では、コンデンサ回路ユニット１３−１では、点Ｚ１の電位が、電源立ち上がり時に下限閾値Ｙを下回ると、コンデンサＣ１のオープンを検出することができる。ただし、このときコンデンサＣ１１は正常であることが前提されている。また、点Ｚ１の電位が、電源立ち上がり時に上限閾値Ｘを超えると、コンデンサＣ１１のオープンを検出することができる。ただし、このときコンデンサＣ１は正常であることが前提である。

第２の実施形態では、コンデンサＣ１とＣ１１がともにオープンであるときには、点Ｚ１の電位は、電源立ち上がり時にあっても下限閾値Ｙと上限閾値Ｘの範囲に入る。したがって、第２の実施形態では、コンデンサＣ１とＣ１１がともにオープンである異常を検出できない。第３の実施形態では、コンデンサ回路ユニット１４−１〜１４−ｎの直列コンデンサがともにオープンである異常を検出することができる。

以下、図７、８を参照して、コンデンサ回路ユニット１４−１について説明するが、他のコンデンサ回路ユニット１４−２〜１４−ｎでも同様である。図７は、第３の実施形態における直列コンデンサの両方が正常である場合の検出地点の電圧変化を示す。図８は、第３の実施形態における直列コンデンサの両方が異常である場合の検出地点の電圧変化を示す。

電源スイッチＳＷがオンし、コンデンサへの充電が開始し定常状態に至るまでの電源立ち上がり期間で、スイッチａ１を所定期間ｔ０〜ｔ１だけオフにする。コンデンサＣ１とＣ１１がともに正常であれば、コンデンサＣ１とＣ１１を通って電流が流れるので、図７に示すように、検出地点Ｚ１の電圧は、上限閾値Ｘと下限閾値Ｙの間で定常状態に移行する。なお、本実施形態では所定期間ｔ０〜ｔ１は、電源立ち上がり期間にほぼ等しい期間としているが、電源立ち上がり期間内であればよい。

しかしながら、図８に示すように、コンデンサＣ１とＣ１１がともにオープンであれば、スイッチａ１がオフしている所定時間ｔ０〜ｔ１の間に閾値Ｘを超える。このことにより、コンデンサＣ１とＣ１１がともにオープンであることがわかる。

ところで、スイッチａ１が所定時間ｔ０〜ｔ１でオフとなると、図６からわかるように、コンデンサＣ１１は、抵抗Ｒ１を通して充電される。この充電によりコンデンサＣ１とＣ１１の電圧はアンバランスに向かうが、Ｒ１は通常数１０ｋΩであり、コンデンサＣ１とＣ１１の容量も大きい。したがって、Ｒ１とＣ１１による時定数は大きく、コンデンサＣ１とＣ１１の電圧がアンバランスへ向かう電圧変化はゆるやかである。さらにスイッチａ１のオフの時間が短ければ、コンデンサＣ１１の耐電圧以内でのアンバランスとすることができ、コンデンサＣ１とＣ１１の電圧がアンバランスすることによる悪影響は起こらない。

スイッチａ１〜ａｎは、共通のタイミングｔ０〜ｔ１でオフにされ、そのときの検出点Ｚ１〜Ｚｎの電圧は、制御部６のセレクタ６１に入力する。セレクタ６１は、点Ｚ１〜Ｚｎの電圧を順次ＡＤコンバータ６２に入力してデジタル信号に変換する。コントローラ６４での動作は、第２の実施形態と同様であるので、省略する。

表示装置４では、異常と判定されたコンデンサが表示され、異常の種類であるショートあるいはオープンの状態が表示される。また、検出点Ｚ１〜Ｚｎの電圧の値あるいは変化量を数値あるいはグラフにより表示装置４に表示することもできる。

第３の実施形態では、図６に示すように、制御部６により閾値との比較を行っているが、図２に示す第１の実施形態のコンデンサ異常検出回路５１〜５ｎを用いても実現できる。

以上説明したように、コンデンサ回路ユニット１２−１〜１２−ｎあるいは１３−１〜１３−ｎでは、電源起動時に、コンデンサ回路ユニット１２−ｋあるいは１３−ｋ（１≦ｋ≦ｎ）において、コンデンサＣｋのオープン、コンデンサＣｋ１のオープンのいずれかが検出でき、さらに定常運転時にはコンデンサＣｋとＣｋ１のショートが検出できる。さらに、コンデンサ回路ユニット１４−１〜１４−ｎを用いると、電源起動時に、コンデンサ回路ユニット１４−ｋ（１≦ｋ≦ｎ）において、コンデンサＣｋとコンデンサＣｋ１の両方のオープンが検出できる。

図９は、第３の実施形態で検出できるコンデンサ異常をまとめて示す図である。図９では、コンデンサ回路ユニット１４−１を例にしているが、他のコンデンサ回路ユニットでも同様である。各コンデンサのショートとオープンの異常が検出できることがわかる。このようにして、電源起動時にコンデンサのオープン異常を検出することができ、異常の早期発見が可能となる。さらには定常運転時にはコンデンサのショート異常を検出することができる。

また、上述の実施形態では、コンデンサＣ１ｋのバランス抵抗を抵抗Ｒ１ｋとＲ２ｋとに分割して構成したが、２分割に限らす、３個以上の抵抗に分割して、この３個以上に分割された抵抗のうちの１つの抵抗の電圧降下を検出して、上限閾値および下限閾値と比較するようにしてもよい。

本発明が対象とする電源回路を有する装置を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態のコンデンサ異常検出回路の出力による正常異常の判定を説明する図である。 本発明の実施形態の検出点の電圧の変化と閾値の変化を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示す図である。 第３の実施形態におけるコンデンサ正常時の検出点の電圧変化を示す図である。 第３の実施形態におけるコンデンサ異常時の検出点の電圧変化を示す図である。 第３の実施形態で検出できるコンデンサ異常をまとめて示す図である。

符号の説明

１ 電源回路
１１ 整流器
１２−１〜１２−ｎ コンデンサ回路ユニット
１３−１〜１３−ｎ コンデンサ回路ユニット
１４−１〜１４−ｎ コンデンサ回路ユニット
２ 負荷装置
３、６ 制御部
４ 表示部
５１〜５ｎ コンデンサ異常検出回路

Claims (9)

1. コンデンサとバランス抵抗の並列回路を２個直列接続されてなるコンデンサ回路ユニットをさらに複数組並列接続して構成されるコンデンサ回路のコンデンサ故障検出回路において、
   前記コンデンサ回路ユニットの１つのコンデンサに並列接続されるバランス抵抗は複数の抵抗から構成されており、
   前記複数の抵抗のうち１つの抵抗の電圧降下を検出する電圧検出手段と、
   下限閾値と該下限閾値より大きい上限閾値とを有し、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断するコンデンサ異常検出手段と、を備え、
   少なくとも前記下限閾値は前記コンデンサ回路ユニットに印加される直流電圧に比例して変化することを特徴とするコンデンサ故障検出回路。
2. 前記コンデンサ回路の立ち上がり期間に、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合一方のコンデンサのオープン異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合他方のコンデンサのオープン異常と判断することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ検出回路。
3. 前記電圧降下が検出される抵抗と直列に接続されるスイッチを備え、
   前記コンデンサ回路の立ち上がり期間内の所定期間、該スイッチをオフにすることにより、前記コンデンサ回路ユニットの直列接続されたすべてのコンデンサのオープン異常を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサ故障検出回路。
4. 前記コンデンサ回路の定常動作期間に、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合一方のコンデンサのショート異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合他方のコンデンサのショート異常と判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサ故障検出回路。
5. 前記コンデンサ異常検出手段は、前記コンデンサ回路ユニットのそれぞれに対応して設けられ、前記上限閾値をもつ第１の比較器と前記下限閾値をもつ第２の比較器を備え、前記上限閾値および下限閾値は、前記コンデンサ回路ユニットに印加される電圧を抵抗分割して生成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサ故障検出回路。
6. 前記コンデンサ異常検出手段は、前記コンデンサ回路ユニットごとに前記電圧検出手段で検出された電圧を並列入力して直列出力するセレクタと、該セレクタからの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、前記上限閾値と下限閾値を記憶するメモリと、入力電圧を比較するコントローラを有し、
   前記コントローラは、前記ＡＤコンバータの出力と前記メモリから出力される前記上限閾値と下限閾値とを比較することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサ故障検出回路。
7. コンデンサ異常検出手段に接続された表示装置を備え、
   コンデンサに異常があったときに表示あるいは警報を発するとともに、
   前記電圧検出手段で検出された電圧の値または変化量を、数値或いはグラフにて、表示装置に表示することを特徴とする請求項６に記載のコンデンサ故障検出回路。
8. 交流電源に接続される電源スイッチと、
   前記電源スイッチに接続される整流器と、
   前記整流器に接続されるとともに、負荷装置に電力を供給するコンデンサ回路であって、コンデンサとバランス抵抗の並列回路を２個直列接続されてなるコンデンサ回路ユニットをさらに複数組並列接続して構成され、さらに前記コンデンサ回路ユニットの１つのコンデンサに並列接続されるバランス抵抗が複数の抵抗から構成されているコンデンサ回路と、
   前記複数の抵抗のうち１つの抵抗の電圧降下を検出する電圧検出手段と、
   下限閾値と該下限閾値より大きい上限閾値とを有し、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断するコンデンサ異常検出手段であって、少なくとも前記下限閾値は前記コンデンサ回路ユニットに印加される直流電圧に比例して変化するコンデンサ異常検出手段と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
9. 前記電圧降下が検出される抵抗と直列に接続されるスイッチを備え、
   前記コンデンサ回路の立ち上がり期間内の所定期間、該スイッチをオフにすることにより、前記コンデンサ回路ユニットの直列接続されたすべてのコンデンサのオープン異常を検出することを特徴とする請求項８に記載の電源装置。

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