JP2009171714A

JP2009171714A - 電源装置

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Publication number: JP2009171714A
Application number: JP2008005904A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Kurosaki; 利治黒崎; 浩一 ▲崎▼田; Koichi Sakita; Eiji Takegami; 栄治竹上; Takeshi Otsuka; 剛大塚
Original assignee: TDK Lambda Corp
Current assignee: TDK Lambda Corp
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: JP5079530B2

Abstract

【課題】電源装置やファンの仕様に大きな影響を受けることなく、ファンの劣化や故障等の確実な診断を可能とすること。
【解決手段】冷却用のＦＡＮ２に流れる電流を電圧信号に変換して出力するＦＡＮ電流検出部２０、ＦＡＮ電流検出部２０が検出した電圧信号波形をＦＡＮ回転数の検出に適した信号波形に変換する波形成形部２８、および波形成形部２８から出力される信号波形に基づいてＦＡＮ２の動作状態を診断するＦＡＮ状態診断部３０のそれぞれをＦＡＮ２に直流電力を供給する電源部１２側に備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却用のファンを備えた電源装置に関するものである。

近年の電源装置では、高密度に実装された整流ダイオードやトランジスタ等の高発熱部品を冷却するために、装置の内部に強制的な冷却風を導入して装置内の温度上昇を抑制するための冷却用のファン（以下単に「ファン」という）を備える構成が多用されている。なお、このように構成された電源装置、すなわち強制空冷方式の電源装置では、ファンが故障した場合には、高発熱部品による装置内の温度上昇が抑制されないので、電源装置に設けられている故障検出回路等を動作させて、電源装置の出力を停止する制御などが行われる。

その一方で、ファンが故障した状態で、電源装置の運転を継続した場合には、整流ダイオードやトランジスタ等の電子部品に熱的なストレスが印加され、装置の寿命に影響を与えることになるので好ましくない。このため、さらに近年の電源装置では、ファン側に信号パルスの送出機能を備える構成が採用されている。この構成によれば、ファンに直流電力を供給する電源部側に対し、ファン側からの信号パルスを送出することにより、ファン側の故障を迅速に検出することができるので、電源装置の運転停止を早期に行うことが可能となる。

なお、信号パルスを送出することができるファンについては、例えば下記非特許文献１などに示されている。具体的に、この非特許文献１には、回転信号出力型として、１回転につき２周期の矩形波を出力する回転信号出力型センサ（パルスセンサ）や、ファンの停止時と回転時とで異なる信号電圧を出力する回転停止検出型センサ（ロックセンサ）に関するＤＣファンのセンサ仕様が開示されている。

山洋電気株式会社技術資料ＤＣファンセンサ仕様、「ＯＮＬＩＮＥ」、「平成２０年１月３日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｓａｎｙｏｄｂ．ｃｏｌｌｅ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ＿ｄｂ／ｃｏｏｌｉｎｇｆａｎ／ｐｄｆ／ｊｓｐｅｃ２．ｐｄｆ＞

ところで、ファンを搭載した電子機器では、回転によって発生した静電気が機器内に帯電し、この帯電した静電気によって発生する放電ノイズが、ファンの動作や電子機器の動作に少なからぬ影響を及ぼすことが知られている。このため、ファン側にセンサが搭載された電源装置においては、センサが検出した信号パルスを確実に伝達するため、静電気による放電ノイズの影響を受けにくい設計や構成が必要となる。

一方、上記のような放電ノイズの影響を除去するためには、センサが検出した信号パルスを伝達するための信号線に対し、放電ノイズの大きさに相応したノイズ対策を施す必要がある。他方、ファンの仕様は、電源装置側における高発熱部品に発生する発熱量に応じて変わるため、電源装置の仕様が変わればファンの仕様も変わることとなる。したがって、放電ノイズに対するノイズ対策は、電源装置の仕様毎に個々に行う必要があり、コスト増の大きな要因となっていた。このため、電源装置やファンの仕様に大きな影響を受けることなく、ファンの劣化や故障等の確実な検出を可能とする構成が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電源装置やファンの仕様に大きな影響を受けることなく、ファンの劣化や故障等の確実な診断を可能とする電源装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電源装置は、冷却用のファンを有し、前記ファンに直流電力を供給する電源部を備えた電源装置において、前記電源部は、前記ファンに流れる電流を電圧信号に変換して出力するファン電流検出部と、前記電圧信号に基づいて前記ファンの動作状態を診断するファン状態診断部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる電源装置によれば、ファンに流れる電流を電圧信号に変換して出力するファン電流検出部およびファンの動作状態を診断するファン状態診断部を、ファンに直流電力を供給する電源部側に設けるようにしているので、ファン側にセンサを設ける必要がなく、その結果、センサの検出信号を電源部側に伝達するための信号線を設ける必要がなくなるので、コスト増の大きな要因となっていた構成要素を取り除くことができるという効果が得られる。また、本発明によれば、ファンの回転によって生ずる静電気に起因した放電ノイズの影響を考慮する必要がなくなることにより、この放電ノイズに対するノイズ対策を電源装置の仕様毎に個々に行う必要もなくなるので、電源装置やファンの仕様に大きな影響を受けることなく、ファンの劣化や故障等の確実な検出を可能とする電源装置を提供することができるという効果も得られる。

以下に添付図面参照して、本発明にかかる電源装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（電源装置の構成）
まず、図１を参照して本実施の形態にかかる電源装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施の形態にかかる電源装置の構成を示す機能ブロック図である。同図において、本実施の形態にかかる電源装置１０は、直流電源１、電源部１２、および冷却用のＤＣファン（以下「ＦＡＮ」と表記）２を備えている。また、電源部１２は、電源回路部１４、ＦＡＮ電流検出部２０、波形成形部２８、およびＦＡＮ状態診断部３０を有している。

ＦＡＮ２は、電源装置１０内の図示しない高発熱部品を冷却するための冷却用ファンであり、動作に必要な直流電力は電源部１２から供給される。また、直流電源１は、例えば電源装置１０の内部で生成した直流電源の一部を、ＦＡＮ２の駆動用電源として設けたものである。なお、この直流電源１が、電源装置１０の内部で生成した直流電源の一部である必要はなく、電源装置１０の外部から入力される直流電源であってもよい。また、ＦＡＮ２は、ＤＣファンに限定されるものではなく、交流電源によって駆動されるＡＣファンであっても構わない。

電源回路部１４は、電圧安定化回路３、平滑コンデンサ４、および代表的なスイッチング素子であるバイポーラトランジスタ５を備えて構成される。この電源回路部１４は、入力端に接続された直流電源１からの直流入力を安定化した所定電圧の直流出力に変換する機能と、この安定化した直流出力を電源部１２の出力端に接続されたＦＡＮ２に供給する機能とを有する回路部である。

電圧安定化回路３は、例えば３端子のレギュレータを用いて構成され、直流電源１の正極端とＦＡＮ２の一端とを結ぶ正極側母線６に挿入されている。この電圧安定化回路３は、第１〜第３の端子を有しており、第１の端子は直流電源１の正極端に接続され、第２の端子は直流電源１の負極端とＦＡＮ２の他端とを結ぶ負極側母線７の任意の一端に接続され、第３の端子は平滑コンデンサ４の一端側（正極側）に接続されている。バイポーラトランジスタ５は、エミッタが電圧安定化回路３の第３の端子と平滑コンデンサ４の一端との接続端に接続され、コレクタがＦＡＮ２の一端に接続されるように、正極側母線６に挿入されている。また、平滑コンデンサ４の他端は負極側母線７の任意の一端に接続され、バイポーラトランジスタ５のベースは、ＦＡＮ２をオンするための制御信号が入力される信号線に接続されている。なお、図１の構成では、バイポーラトランジスタ５を正極側母線６に挿入する構成例を示しているが、負極側母線７側に挿入することも無論可能である。

ＦＡＮ電流検出部２０は、反転入力端と非反転入力端とを具備する差動増幅器２６、差動増幅器２６の非反転入力端とバイポーラトランジスタ５のエミッタとの間に接続される抵抗２２、および差動増幅器２６の反転入力端とバイポーラトランジスタ５のコレクタとの間に接続される抵抗２４を備えて構成される。このＦＡＮ電流検出部２０は、バイポーラトランジスタ５におけるエミッタ−コレクタ間電圧（Ｖｃｅ）を差動増幅して次段の波形成形部２８に出力する機能を有する回路部である。

波形成形部２８は、ＦＡＮ電流検出部２０からの出力信号波形を成形して次段のＦＡＮ状態診断部３０に出力する機能を有する回路部である。なお、この波形成形部２８の処理では、ＦＡＮ電流検出部２０の出力信号に含まれる直流成分をカットする処理も併せて行われる。

ＦＡＮ状態診断部３０は、ＦＡＮ回転数検出部３２、ＦＡＮ劣化判定部３４、ＦＡＮ寿命判定部３６、ＦＡＮ故障判定部３８、汎用のパラレルインタフェースであるＧＰＩＯ（ＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅＩｎｐｕｔＯｕｔｐｕｔ）４２、およびアラーム回路４４を備えて構成される。このＦＡＮ状態診断部３０は、ＦＡＮ２の回転数（以下「ＦＡＮ回転数」という）を検出する機能と、検出されたＦＡＮ回転数の情報に基づいて、ＦＡＮ２の状態を判定する機能とを有する機能部である。図示の機能ブロックでは、波形成形部２８からの出力はＦＡＮ回転数検出部３２の入力とされ、ＦＡＮ回転数検出部３２の出力は、それぞれＦＡＮ劣化判定部３４、ＦＡＮ寿命判定部３６、およびＦＡＮ故障判定部３８の入力とされる。また、ＦＡＮ劣化判定部３４、ＦＡＮ寿命判定部３６、およびＦＡＮ故障判定部３８の各出力は、ＧＰＩＯ４２を介し、図示を省略した表示部等に設けられるＬＥＤを発光させるための点灯信号となる。また、ＦＡＮ故障判定部３８の出力はアラーム回路４４の入力とされ、アラーム回路４４の出力は、電源装置を停止するための停止信号（電源停止信号）や、故障記録としてメモリに記憶させるためのアラーム信号となる。

（電源装置の動作）
つぎに、本実施の形態にかかる電源装置の動作について図１〜図３の各図面を参照して説明する。なお、図２は、ＦＡＮ電流検出部２０の入力端および出力端ならびに波形成形部２８の出力端における各信号波形を示す図であり、図３は、ＦＡＮ状態診断部３０における処理フローを示すフローチャートである。

図１において、ＦＡＮ２に直流電力が供給されている状態では、バイポーラトランジスタ５がオンしているため、バイポーラトランジスタ５には電流が流れている。バイポーラトランジスタ５のエミッタ−コレクタ間電圧（Ｖｃｅ）は、抵抗２２，２４を介して差動増幅器２６の各入力端（反転入力端および非反転入力端）に入力される。このエミッタ−コレクタ間電圧（Ｖｃｅ）は、差動増幅器２６にて増幅され、波形成形部２８に入力される。なお、図２において、実線で示される波形Ｋ１は、ＦＡＮ電流検出部２０に入力されるエミッタ−コレクタ間電圧（Ｖｃｅ波形）を表し、破線で示される波形Ｋ２は、ＦＡＮ電流検出部２０の出力（差動増幅器２６の出力（ＡＭＰ出力波形））を表している。

図１に戻り、波形成形部２８は、ＦＡＮ電流検出部２０からの出力信号に基づき、ＦＡＮ状態診断部３０の処理に好適なパルス信号波形を生成してＦＡＮ状態診断部３０に出力する。なお、図２において、一点鎖線で示される波形Ｋ３は、波形成形部２８からの出力信号（パルス波形）を表している。この波形Ｋ３に示されるように、波形成形部２８からの出力信号は、ＡＭＰ出力波形（Ｋ２）における直流成分がカットされるとともに、ＦＡＮ２の回転数の検出が容易となるように、ＦＡＮ回転数に同期し、かつ、立ち上がり部および立ち下がり部の急峻なパルス波形に変換されている。

波形成形部２８が生成したパルス信号はＦＡＮ状態診断部３０に入力され、図３の処理フローに基づく各ステップの処理が実行される。より詳細に説明すると、入力されたパルス信号に基づいてＦＡＮ回転数（Ｎｄ）が検出され（ステップＳ１０１）、この検出されたＦＡＮ回転数（Ｎｄ）と所定の閾値である第１の設定値（Ｎ１）との比較処理が行われる（ステップＳ１０２）。ここで、ＦＡＮ回転数（Ｎｄ）が第１の設定値（Ｎ１）以上の場合には（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、本フローを終了する。一方、ＦＡＮ回転数（Ｎｄ）が第１の設定値（Ｎ１）未満の場合には（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、さらに第１の設定値（Ｎ１）とは異なる閾値である第２の設定値（Ｎ２）との比較処理が行われる（ステップＳ１０３）。

このステップＳ１０３の処理において、ＦＡＮ回転数（Ｎｄ）が第２の設定値（Ｎ２）以上の場合には（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、ＬＥＤの緑色を点滅させる処理（ステップＳ１０４）を行って本フローを終了する。一方、ＦＡＮ回転数（Ｎｄ）が第２の設定値（Ｎ２）未満の場合には（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、さらに第１の設定値（Ｎ１）および第２の設定値（Ｎ２）とは異なる閾値である第３の設定値（Ｎ３）との比較処理が行われる（ステップＳ１０５）。

このステップＳ１０５の処理において、ＦＡＮ回転数（Ｎｄ）が第３の設定値（Ｎ３）以上の場合には（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、ＬＥＤの赤色を点滅させる処理（ステップＳ１０６）を行って本フローを終了する。一方、ＦＡＮ回転数（Ｎｄ）が第３の設定値（Ｎ３）未満の場合には（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、電源停止処理（ステップＳ１０７）を行ってＦＡＮ２に供給する直流電力を遮断する処理を行うとともに、ＬＥＤの赤色を点灯（連続点灯）させる処理（ステップＳ１０８）を行って本フローを終了する。

なお、上記第１〜第３の設定値として、つぎに示す値を用いることができる。無論、これらの値は典型値であって、他の値に設定することも可能である。
（１）第１の設定値：初期回転数(４５００[min^-1])の８９％(４０００[min^-1])
（２）第２の設定値：初期回転数(４５００[min^-1])の８０％(３６００[min^-1])
（３）第３の設定値：初期回転数(４５００[min^-1])の１０％(４００[min^-1])

上記の設定値を用いた場合、以下に示す動作となる。例えばＦＡＮ回転数が３６００以上かつ４０００未満であった場合には、ＬＥＤの緑色を点滅させることにより、ＦＡＮ２が劣化状態にあることを伝達する。また、例えばＦＡＮ回転数が４００以上かつ３６００未満であった場合には、ＬＥＤの赤色を点滅させることにより、ＦＡＮ２が寿命限界に達している、あるいは寿命限界に近い状態であることを伝達する。また、例えばＦＡＮ回転数が４００未満であった場合には、ＬＥＤの赤色を連続点灯させることにより、ＦＡＮ２が故障状態にあることを伝達する。

上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０８の各処理において、ステップＳ１０１の処理は、ＦＡＮ回転数検出部３２によって実行され、ステップＳ１０２の処理は、ＦＡＮ劣化判定部３４およびＧＰＩＯ４２によって実行される。以下、同様に示すと、ステップＳ１０３，Ｓ１０４の処理は、ＦＡＮ寿命判定部３６、ＧＰＩＯ４２によって実行され、ステップＳ１０５，Ｓ１０６の処理は、ＦＡＮ故障判定部３８、ＧＰＩＯ４２によって実行され、ステップＳ１０７の処理は、アラーム回路４４によって実行される。

なお、図１では、図３の処理フローを実現する機能部として、ＦＡＮ回転数検出部３２、ＦＡＮ劣化判定部３４、ＦＡＮ寿命判定部３６、およびＦＡＮ故障判定部３８などを設ける構成について示したが、汎用もしくは専用のプロセッサ（ＣＰＵ）などを用いてソフトウェア的に実行するようにしてもよい。また、最近のプロセッサは、機能的にも処理の多様化が進展しており、ＧＰＩＯ３２およびアラーム回路４４の各機能をＣＰＵ側に取り込んで実現してもよい。すなわち、ＦＡＮ状態診断部３０の全体の機能を上記ＣＰＵにて実現しても構わない。

以上説明したように、本実施の形態にかかる電源装置によれば、ＦＡＮ２に流れる電流を電圧信号に変換して出力するＦＡＮ電流検出部２０およびＦＡＮ２の動作状態を診断するＦＡＮ状態診断部３０を、ＦＡＮ２に直流電力を供給する電源部１２に設けるようにしているので、ＦＡＮ２側にセンサを設ける必要がなく、その結果、ＦＡＮ２側で検出された信号を電源部側に伝達するための信号線を設ける必要がなくなるので、コスト増の大きな要因となっていた構成要素を取り除くことが可能となる。

また、本実施の形態にかかる電源装置によれば、放電ノイズの影響を考慮する必要がなくなることにより、放電ノイズに対するノイズ対策を電源装置の仕様毎に個々に行う必要もなくなるので、電源装置やＦＡＮ２の仕様に大きな影響を受けることなく、ＦＡＮ２の劣化や故障等の確実な検出が可能となる。

また、本実施の形態にかかる電源装置によれば、ＦＡＮ２に流れる電流に基づいてＦＡＮ２の回転数を検出するととともに、検出されたＦＡＮ回転数に応じて、ＦＡＮ２の劣化診断、寿命診断、および故障診断を行うようにしているので、例えばＦＡＮ２側にセンサが搭載されている否かに関わらず、ＦＡＮ２の劣化診断、寿命診断、および故障診断を行うことが可能となる。

また、本実施の形態にかかる電源装置によれば、ＦＡＮ２の劣化診断、寿命診断、および故障診断を行った診断結果を視覚化して表示するようにしているので、診断結果の伝達をユーザに対して迅速に行うことが可能となる。

また、本実施の形態にかかる電源装置によれば、ＦＡＮ電流検出部２０が検出した電圧信号波形をＦＡＮ回転数の検出に適した信号波形に変換する波形成形部２８を設けるようにしているので、ＦＡＮ回転数検出部３２が行うＦＡＮ回転数の検出処理を確実に行うことが可能となる。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、電源装置やファンの仕様に大きな影響を受けることなく、ファンの劣化、故障などの確実な診断を行うことができる発明として有用である。

本実施の形態にかかる電源装置の構成を示す機能ブロック図である。ＦＡＮ電流検出部２０の入力端および出力端ならびに波形成形部２８の出力端における各信号波形を示す図である。ＦＡＮ状態診断部３０における処理フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１直流電源
２ＤＣファン（ＦＡＮ）
３電圧安定化回路
４平滑コンデンサ
５バイポーラトランジスタ
６正極側母線
７負極側母線
１０電源装置
１２電源部
１４電源回路部
２０ＦＡＮ電流検出部
２２，２４抵抗
２６差動増幅器
２８波形成形部
３０ＦＡＮ状態診断部
３２ＦＡＮ回転数検出部
３４ＦＡＮ劣化判定部
３６ＦＡＮ寿命判定部
３８ＦＡＮ故障判定部
４２ＧＰＩＯ
４４アラーム回路

Claims

冷却用のファンを有し、前記ファンに直流電力を供給する電源部を備えた電源装置において、
前記電源部は、
前記ファンに流れる電流を電圧信号に変換して出力するファン電流検出部と、
前記電圧信号に基づいて前記ファンの動作状態を診断するファン状態診断部と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
前記ファン状態診断部は、前記電圧信号に基づいて前記ファンの回転数を検出するファン回転数検出部を備え、
前記検出されたファン回転数に応じて、前記ファンの劣化診断、寿命診断、および故障診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記ファンの劣化診断、寿命診断、および故障診断に関する診断結果に基づき、前記ファンの状態を識別して表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
前記電圧信号の波形を前記ファン回転数の検出に適した信号波形に変換する波形成形部を前記ファン電流検出部と前記ファン状態診断部との間に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。