JP2010032395A - 接触不良検出装置およびスイッチング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成の煩雑化を抑制しつつ、接触不良の検出精度を向上させる。
【解決手段】温度センサ１５は、出力ダイオードＤ１１の温度を検出するとともに、温度センサ１６は、出力端子Ｓ１１の温度を検出し、接触不良判定部１４は、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度値の差分を算出し、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度値の差分が、しきい値設定部１３にて設定されたしきい値を超える場合、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２が接触不良を起こしていると判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は接触不良検出装置およびスイッチング電源に関し、特に、スイッチング電源などの出力端子の接触不良を検出する方法に適用して好適なものである。

従来の接触不良検出装置では、電力変換装置などの接触部に温度センサや形状記憶合金を設置し、温度センサや形状記憶合金にて接触部の発熱を監視することで、接触部の接触不良を検出することが行われていた。
また、例えば、特許文献１には、電力機器への交流電力供給中に発生する超音波を検知することで、電力機器の接触不良を高精度に検出する方法が開示されている。

特開２００４−２３９７３５号公報

しかしながら、接触不良を検出するために接触部の発熱を監視する方法では、負荷電流や環境温度によって接触部の温度が変化すると、接触不良が誤って検出される場合があるという問題があった。
また、特許文献１に開示された方法では、交流電力供給中に発生する超音波は、接触不良箇所における放電に起因して発生することから、放電を伴わない接触不良は検出することができないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、装置構成の煩雑化を抑制しつつ、接触不良の検出精度を向上させることが可能な接触不良検出装置およびスイッチング電源を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の接触不良検出装置によれば、接触端子の温度を検出する第１の温度センサと、前記第１の温度センサにて検出される温度の基準となる温度を検出する第２の温度センサと、前記第１および第２の温度センサにてそれぞれ検出された温度の差分に基づいて、前記接触端子の接触不良を判定する接触不良判定部とを備えることを特徴とする。

また、請求項２記載の接触不良検出装置によれば、前記接触端子の温度変化を引き起こす要因となる電流を検出する電流センサと、前記電流センサにて検出された電流値に基づいて、前記接触端子の接触不良を判定するしきい値を設定するしきい値設定部とを備えることを特徴とする。

また、請求項３記載の接触不良検出装置によれば、外気温度を検出する第３の温度センサをさらに備え、前記しきい値設定は、前記電流センサにて検出された電流値および前記第３の温度センサにて検出された温度に基づいて、前記接触端子の接触不良を判定するしきい値を設定することを特徴とする。

また、請求項４記載のスイッチング電源によれば、交流を直流に変換する交直変換回路と、前記交直変換回路から出力された直流を昇圧または降圧して出力するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータの出力端子の接触不良を検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の接触不良検出装置とを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、接触端子の温度を基準となる温度と比較することで接触端子の接触不良を判定することができる。このため、接触不良による接触端子の発熱のみに基づいて接触端子の接触不良を判定することができ、接触端子の接触不良を判定する際に、負荷電流や環境温度による接触端子の発熱の影響を排除することが可能となることから、装置構成の煩雑化を抑制しつつ、接触不良の検出精度を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る接触不良検出装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る接触不良検出装置が適用されるスイッチング電源の出力部の概略構成を示すブロック図である。
図１において、スイッチング電源１１には、直流を矩形波に変換するスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２が設けられるとともに、ＤＣ出力を外部に供給する出力端子Ｓ１１、Ｓ１２が設けられている。なお、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２としては、例えば、電界効果トランジスタまたはＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。また、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２としては、例えば、バスバーを用いることができ、コネクタなどの接続端子を用いるようにしてもよい。また、図１の実施形態では、ハーフブリッジ結合方式を例にとって説明したが、フルブリッジ結合方式に適用するようにしてもよい。

そして、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２は互いに直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の直列回路には、コンデンサＣ１１が並列に接続されている。また、コンデンサＣ１２、Ｃ１３は互いに直列に接続され、コンデンサＣ１１には、コンデンサＣ１２、Ｃ１３の直列回路が並列に接続され、コンデンサＣ１１の前段には、ヒューズＦ１１が直列に接続されている。

また、トランスＴ１１には、一次巻線Ｍ１１および二次巻線Ｍ１２が設けられ、二次巻線Ｍ１２には中間タップが設けられている。そして、コンデンサＣ１２、Ｃ１３の接続点とスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の接続点との間には、一次巻線Ｍ１１が接続されるとともに、一次巻線Ｍ１１には、電流センサＣＴが直列に接続されている。なお、電流センサＣＴとしては、例えば、カレントトランスを用いることができる。

また、出力ダイオードＤ１１のカソードは二次巻線Ｍ１２の一端に接続されるとともに、出力ダイオードＤ１２のカソードは二次巻線Ｍ１２の他端に接続され、出力ダイオードＤ１１、Ｄ１２のアノードは、出力端子Ｓ１２に共通に接続されている。また、二次巻線Ｍ１２の中間タップと出力端子Ｓ１１との間には、出力インダクタＬ１１が接続され、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２間には、出力コンデンサＣ１４が接続されている。

また、スイッチング電源１１には、温度センサ１５、１６、スイッチング制御部１２、しきい値設定部１３および接触不良判定部１４が設けられている。ここで、温度センサ１５は、出力端子Ｓ１１の温度Ｔ１を検出することができ、例えば、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２がバスバーで構成されている場合、温度センサ１５をバスバーに接触させるようにしてもよいし、バスバーの近傍に配置するようにしてもよい。また、温度センサ１５は、出力端子Ｓ１１の温度Ｔ１を検出する代わりに、出力端子Ｓ１２の温度を検出するようにしてもよい。

温度センサ１６は、温度センサ１５にて検出される温度の基準となる温度Ｔ２を検出することができ、例えば、出力ダイオードＤ１１の温度Ｔ２を検出することができる。なお、温度センサ１６は、出力ダイオードＤ１２の温度を検出するようにしてもよいし、出力インダクタＬ１１の温度を検出するようにしてもよいし、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の温度を検出するようにしてもよい。また、温度センサ１５としては、例えば、サーミスタや熱電対を用いることができる。また、温度センサ１５は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２や出力ダイオードＤ１１、Ｄ１２などを構成する半導体の温度を計測するための温度センサと兼用するようにしてもよい。

また、接触不良判定部１４は、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度Ｔ１、Ｔ２の差分ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２に基づいて、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定することができる。しきい値設定部１３は、電流センサＣＴにて検出された電流値に基づいて、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値を設定することができる。スイッチング制御部１２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２のスイッチング制御を行うことができ、接触不良判定部１４にて出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良が検出された場合、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２のスイッチング制御を停止するようにしてもよい。

図２は、図１のスイッチング電源の概観構成を示す裏面図である。
図２において、図１のスイッチング電源は筐体Ｋ１１に収容され、図１の出力端子Ｓ１１、Ｓ１２としてバスバーが筐体Ｋ１１に取り付けられている。そして、出力端子Ｓ１１のバスバーには、温度センサ１５が設置されている。

そして、図１において、コンデンサＣ１１にて発生された直流電圧は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の直列回路に印加される。そして、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２がスイッチング制御部１２にて交互にオンされることで、コンデンサＣ１１から印加された直流電圧が交流電圧に変換され、トランスＴ１１の一次巻線Ｍ１１に出力される。

そして、トランスＴ１１の一次巻線Ｍ１１に交流電圧が出力されると、一次巻線Ｍ１１と二次巻線Ｍ１２との巻線比に応じて昇圧または降圧され、出力ダイオードＤ１１、Ｄ１２にて整流された後、出力インダクタＬ１１および出力コンデンサＣ１４にて平滑化され、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２から直流電圧が出力される。

また、出力ダイオードＤ１１の温度Ｔ１は温度センサ１５にて検出されるとともに、出力端子Ｓ１１の温度Ｔ２は温度センサ１６にて検出され、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度Ｔ１、Ｔ２が接触不良判定部１４に送られる。また、トランスＴ１１の一次巻線Ｍ１１に流れる電流は電流センサＣＴにて検出され、しきい値設定部１３に送られる。

そして、電流センサＣＴにて検出された電流値Ｉｏがしきい値設定部１３に送られると、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値が、電流値Ｉｏに基づいて設定され、接触不良判定部１４に出力される。なお、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値は、電流センサＣＴにて検出された電流値Ｉｏに応じて、例えば、表１に示すように設定することができる。

ここで、トランスＴ１１の一次巻線Ｍ１１に流れる電流が増大すると、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２に流れる電流が増加するので、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良がない場合においても、出力端子Ｓ１１の温度Ｔ１は上昇する。このため、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値Ａ１〜Ａ５は、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２に流れる電流の増加分の温度上昇が補償されるように設定することができる。

そして、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度Ｔ１、Ｔ２が接触不良判定部１４に送られると、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度の差分ΔＴが算出され、しきい値設定部１３にて設定されたしきい値と比較される。そして、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度の差分ΔＴが、しきい値設定部１３にて設定されたしきい値を超える場合、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２が接触不良を起こしていると判定され、その判定結果が外部に出力される。

また、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２が接触不良を起こしていると判定された場合、接触不良判定部１４は、スイッチング制御部１２に停止指令を出力することができる。そして、スイッチング制御部１２は、接触不良判定部１４から停止指令を受け取ると、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２のスイッチング制御を停止させることで出力電流をゼロにし、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の発熱を防止することができる。

ここで、出力端子Ｓ１１の温度Ｔ１と出力ダイオードＤ１１の温度Ｔ２との差分ΔＴに基づいて出力端子Ｓ１１の接触不良を判定することで、接触不良による出力端子Ｓ１１の発熱のみに基づいて出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定することができる。このため、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定する際に、負荷電流による出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の発熱の影響を排除することが可能となり、装置構成の煩雑化を抑制しつつ、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良の検出精度を向上させることが可能となる。

なお、上述した第１実施形態では、電流センサＣＴにて検出された電流値に基づいて、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値を変化させる方法について説明したが、しきい値は固定でもよい。例えば、ＤＣ出力が取り出されるバスバーの先端に温度センサ１５を設置するともに、同一のバスバー上の先端から離れた位置に温度センサ１６を取り付けた場合、そのバスバーには同一の負荷電流が流れることから、負荷電流による温度上昇分は、温度センサ１５、１６の各設置箇所で同一になるとみなすことができる。このため、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度の差分を求めることで、負荷電流による温度上昇分をキャンセルすることができ、しきい値を固定した場合においても、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定することができる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る接触不良検出装置が適用されるスイッチング電源の出力部の概略構成を示すブロック図である。
図３において、スイッチング電源２１には、図１のスイッチング制御部１２、しきい値設定部１３および接触不良判定部１４の代わりに、スイッチング制御部２２、しきい値設定部２３および接触不良判定部２４が設けられるとともに、温度センサ２５が追加して設けられている。

ここで、温度センサ２５は、スイッチング電源２１の周辺の外気温度を検出することができ、図２の筐体Ｋ１１の外側に取り付けることができる。なお、温度センサ２５は、筐体Ｋ１１内部の雰囲気温度を検出するようにしてもよいし、吸気温度を検出するようにしてもよい。

また、接触不良判定部２４は、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度の差分ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２に基づいて、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定することができる。しきい値設定部２３は、電流センサＣＴにて検出された電流値および温度センサ２５にて検出された温度Ｔ３に基づいて、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値を設定することができる。スイッチング制御部２２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２のスイッチング制御を行うことができ、接触不良判定部２４にて出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良が検出された場合、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２のスイッチング制御を停止するようにしてもよい。

そして、出力ダイオードＤ１１の温度Ｔ１は温度センサ１５にて検出されるとともに、出力端子Ｓ１１の温度Ｔ２は温度センサ１６にて検出され、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度Ｔ１、Ｔ２が接触不良判定部２４に送られる。また、トランスＴ１１の一次巻線Ｍ１１に流れる電流は電流センサＣＴにて検出され、しきい値設定部１３に送られる。さらに、スイッチング電源２１の周辺の外気温度Ｔ３が温度センサ２５にて検出され、しきい値設定部１３に送られる。

そして、電流センサＣＴにて検出された電流値Ｉｏおよび温度センサ２５にて検出された温度Ｔ３がしきい値設定部１３に送られると、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値が、電流値Ｉｏおよび外気温度Ｔ３に基づいて設定され、接触不良判定部１４に出力される。なお、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値は、電流値Ｉｏおよび外気温度Ｔ３に応じて、例えば、表２に示すように設定することができる。

ここで、トランスＴ１１の一次巻線Ｍ１１に流れる電流が増大すると、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２に流れる電流が増加するので、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良がない場合においても、出力端子Ｓ１１の温度は上昇する。また、スイッチング電源２１の周辺の外気温度Ｔ３が上昇すると、その上昇に伴って出力端子Ｓ１１の温度Ｔ１は上昇する。このため、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定するしきい値Ａｎ〜Ｆｎ（ｎ＝１・・・５）は、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２に流れる電流の増加分の温度上昇および外気温度Ｔ３の上昇分が補償されるように設定することができる。

そして、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度Ｔ１、Ｔ２が接触不良判定部２４に送られると、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度の差分ΔＴが算出され、しきい値設定部２３にて設定されたしきい値と比較される。そして、温度センサ１５、１６にてそれぞれ検出された温度の差分ΔＴが、しきい値設定部２３にて設定されたしきい値を超える場合、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２が接触不良を起こしていると判定され、その判定結果が外部に出力される。

また、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２が接触不良を起こしていると判定された場合、接触不良判定部２４は、スイッチング制御部２２に停止指令を出力することができる。そして、スイッチング制御部２２は、接触不良判定部２４から停止指令を受け取ると、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２のスイッチング制御を停止させることで出力電流をゼロにし、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の発熱を防止することができる。

これにより、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良を判定する際に、負荷電流や環境温度による出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の発熱の影響を排除することが可能となり、装置構成の煩雑化を抑制しつつ、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２の接触不良の検出精度を向上させることが可能となる。

なお、上述した実施形態では、スイッチング電源の出力端子の接触不良を検出する方法を例にとって説明したが、スイッチング電源の入力端子の接触不良を検出する方法に適用するようにしてもよいし、それ以外の接触端子の接触不良を検出する方法に適用するようにしてもよい。また、スイッチング電源の接触端子の接触不良を検出する方法以外にも、無停電電源装置や電力変換装置などの接触端子の接触不良を検出する方法に適用するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、しきい値設定部１３、２３にてしきい値を設定するために、電流センサＣＴにて検出された電流値Ｉｏを用いる方法について説明したが、出力端子Ｓ１１、Ｓ１２にそれぞれ接続されたライン上を流れる２次電流を抵抗やホールＣＴなどで検出し、この２次電流に基づいてしきい値を設定するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る接触不良検出装置が適用されるスイッチング電源の出力部の概略構成を示すブロック図である。 図１のスイッチング電源の概観構成を示す裏面図である。 本発明の第２実施形態に係る接触不良検出装置が適用されるスイッチング電源の出力部の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１、２１ スイッチング電源
１２、２２ スイッチング制御部
１３、２３ しきい値設定部
１４、２４ 接触不良判定部
１５、１６、２５ 温度センサ
Ｆ１１ ヒューズ
Ｃ１１〜Ｃ１３ コンデンサ
Ｌ１１ 出力インダクタ
Ｑ１１、Ｑ１２ スイッチング素子
ＣＴ 電流センサ
Ｔ１１ トランス
Ｍ１１ 一次巻線
Ｍ１２ 二次巻線
Ｄ１１、Ｄ１２ 出力ダイオード
Ｃ１４ 出力コンデンサ
Ｓ１１、Ｓ１２ 出力端子
Ｋ１１ 筐体

Claims (4)

1. 接触端子の温度を検出する第１の温度センサと、
   前記第１の温度センサにて検出される温度の基準となる温度を検出する第２の温度センサと、
   前記第１および第２の温度センサにてそれぞれ検出された温度の差分に基づいて、前記接触端子の接触不良を判定する接触不良判定部とを備えることを特徴とする接触不良検出装置。
2. 前記接触端子の温度変化を引き起こす要因となる電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサにて検出された電流値に基づいて、前記接触端子の接触不良を判定するしきい値を設定するしきい値設定部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の接触不良検出装置。
3. 外気温度を検出する第３の温度センサをさらに備え、
   前記しきい値設定は、前記電流センサにて検出された電流値および前記第３の温度センサにて検出された温度に基づいて、前記接触端子の接触不良を判定するしきい値を設定することを特徴とする請求項１に記載の接触不良検出装置。
4. 交流を直流に変換する交直変換回路と、
   前記交直変換回路から出力された直流を昇圧または降圧して出力するＤＣＤＣコンバータと、
   前記ＤＣＤＣコンバータの出力端子の接触不良を検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の接触不良検出装置とを備えることを特徴とするスイッチング電源。

Images