JP2010130792A

JP2010130792A - 電源保護回路及び電源保護方法

Info

Publication number: JP2010130792A
Application number: JP2008302800A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Yoshizawa; 宣秋吉澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】この発明は、電解コンデンサの故障や寿命の末期時を迅速に検出して電源回路を停止させることにより電解コンデンサの発煙や破裂を防止し、ユーザに対して十分な安全性を確保することを可能とした電源保護回路及び電源保護方法を提供することを目的としている。
【解決手段】入力された交流電力を整流し、電解コンデンサ（１３ｇ）により平滑化して直流電力を得る変換手段（１３）と、変換手段（１３）で得られた直流電力に基づいて、電解コンデンサ（１３ｇ）の等価直列抵抗が高くなったことを検出する検出手段（１６）と、検出手段（１６）の検出結果に基づいて変換手段（１３）の変換動作を停止させる制御手段（１３ｃ）とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えばＡＶ（audio visual）機器等の電子装置に使用された電源回路を保護する電源保護回路及び電源保護方法に関する。

周知のように、首記の如き電子装置に使用されている電源回路では、商用交流（ＡＣ：alternating current）電圧を整流して得られた直流（ＤＣ：direct current）電圧を、ＤＣ−ＤＣコンバータ等により必要な電圧レベルに変換して被電力供給部に供給させるようにしている。

ところで、この種の電源回路では、商用交流電圧を直流電圧に整流する際、平滑用に電解コンデンサを用いている。しかしながら、電解コンデンサは、電解液漏れのような故障時や寿命の末期時等に発煙や破裂を起こすことが知られている。このため、ユーザに対して十分な安全性を確保することが重要な課題となっている。

特許文献１には、電源の誤接続により電源定格以上の過電圧が加わった場合に、主電源をオフ状態に制御するとともに、リモートコントローラ等のキー操作が行なわれても主電源のオフ状態が解除されないようにラッチすることにより、電子機器の保護を図るようにした構成が開示されている。
特開２００２−０５１４５３号公報

そこで、この発明は上記事情を考慮してなされたもので、電解コンデンサの故障や寿命の末期時を迅速に検出して電源回路を停止させることにより電解コンデンサの発煙や破裂を防止し、ユーザに対して十分な安全性を確保することを可能とした電源保護回路及び電源保護方法を提供することを目的とする。

この発明に係る電源保護回路は、入力された交流電力を整流し、電解コンデンサにより平滑化して直流電力を得る変換手段と、変換手段で得られた直流電力に基づいて、電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、変換手段の変換動作を停止させる制御手段とを備えるようにしたものである。

また、この発明に係る電源保護方法は、入力された交流電力を整流し、電解コンデンサにより平滑化して直流電力を得る変換工程と、変換工程で得られた直流電力に基づいて、電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出する検出工程と、検出工程での検出結果に基づいて、変換工程での変換動作を停止させる制御工程とを有するようにしたものである。

上記した発明によれば、入力された交流電力を整流し平滑化する変換手段で得られた直流電力に基づいて、電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出し変換手段の変換動作を停止させるようにしたので、電解コンデンサの故障や寿命の末期時を迅速に検出して電源回路を停止させることができ、電解コンデンサの発煙や破裂を防止し、ユーザに対して十分な安全性を確保することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この実施の形態で説明する電子装置１１の概略を示している。すなわち、プラグ１２を介して供給された商用交流電力は、ＰＦＣ（power factor correction）回路１３に供給されて高力率で整流される。そして、このＰＦＣ回路１３から出力される直流電力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４により必要な直流電圧レベルに変換されて被電力供給部１５に供給される。

ここで、上記ＰＦＣ回路１３から出力される直流電力は、検出回路１６に供給されている。この検出回路１６は、詳細は後述するが、ＰＦＣ回路１３に含まれる平滑用の電解コンデンサ（図１では図示せず）の両端間電圧レベルを測定することにより、電解コンデンサに故障が生じたことや電解コンデンサが寿命末期に達したことを検出している。

すなわち、電解コンデンサは、例えば電解液漏れ等の故障が生じたり、寿命が末期に達したりすると、その等価直列抵抗（ＥＳＲ）が正常時よりも高くなる。これにより、電解コンデンサでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４側の負荷が一定とすると、充放電による両端間電圧レベルの振幅変化が、等価直列抵抗が増加するほど大きくなる。

このため、検出回路１６では、電解コンデンサの両端間電圧レベルの振幅変化の大きさに対応したレベルの直流電圧を生成し、その直流電圧レベルが予め設定された基準直流電圧レベルを実質的に超えたことにより、電解コンデンサに故障が生じたことや電解コンデンサが寿命末期に達したことを検出することができる。

そして、検出回路１６は、電解コンデンサに故障が生じたことや電解コンデンサが寿命末期に達したことを検出した場合、ＰＦＣ回路１３に対して検出信号を発生する。このＰＦＣ回路１３では、検出回路１６から検出信号が供給されたとき、その整流動作を停止することにより、電解コンデンサの発煙や破裂を防止して、ユーザに対しての十分な安全性を確保するようにしている。

図２は、上記ＰＦＣ回路１３及び検出回路１６の具体例を示している。すなわち、上記ＰＦＣ回路１３は、上記プラグ１２を介して商用交流電力が供給される一対の入力端子１３ａ，１３ｂを備えている。そして、この一対の入力端子１３ａ，１３ｂ間に供給された商用交流電力は、制御回路１３ｃによってオンオフ駆動されるスイッチング素子１３ｄを介した後、整流素子としてのダイオード１３ｅ、コイル１３ｆ及び電解コンデンサ１３ｇによって整流及び平滑化され、一対の出力端子１３ｈ，１３ｉから出力される。

この場合、電解コンデンサ１３ｇによる平滑化後の直流電圧は、制御回路１３ｃにフィードバックされている。これにより、上記制御回路１３ｃでは、フィードバックされた直流電圧レベルに基づいて、上記スイッチング素子１３ｃに対するオンオフの駆動時間を制御し、高い力率でのＡＣ−ＤＣ変換を可能としている。

そして、上記ＰＦＣ回路１３の一対の出力端子１３ｈ，１３ｉから出力された直流電圧は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に供給されて必要な直流電圧レベルに変換され、上記被電力供給部１５に供給されるとともに、上記検出回路１６の一対の入力端子１６ａ，１６ｂに供給されている。

上記検出回路１６では、コンデンサ１６ｃ，１６ｄ及び抵抗１６ｅを直列接続してなる微分回路１６ｆと、抵抗１６ｇ及びコンデンサ１６ｈよりなる積分回路１６ｉとにより、上記一対の入力端子１６ａ，１６ｂ間に供給された直流電圧、つまり、電解コンデンサ１３ｇの両端間電圧レベルの振幅変化の大きさに対応した直流電圧レベルを生成し、レベル比較回路１６ｊの一方の入力端子に供給している。

このレベル比較回路１６ｊの他方の入力端子には、直流電圧源１６ｋから発生される予め設定された基準直流レベルＶｒが供給されている。そして、上記レベル比較回路１６ｊでは、上記積分回路１６ｉから供給される電圧レベルが、直流電圧源１６ｋから発生される基準直流レベルＶｒを超えたとき、つまり、電解コンデンサ１３ｇが故障や寿命の末期時に達したことにより、その等価直列抵抗が所定値よりも高くなったことを検出して検出信号を発生する。

この検出信号は、上記検出回路１６の出力端子１６ｌ及び上記ＰＦＣ回路１３の入力端子１３ｊを介して上記制御回路１３ｃに供給される。この制御回路１３ｃは、検出信号が供給されたとき、スイッチング素子１３ｄを強制的にオフ状態に制御して、ＰＦＣ回路１３の整流平滑化動作を停止させるように機能する。これにより、電解コンデンサ１３ｇの発煙や破裂を防止し、ユーザに対して十分な安全性を確保することができる。

図３（ａ）〜（ｄ）は、上記ＰＦＣ回路１３の各部の動作波形を示している。すなわち、図３（ａ）は、上記制御回路１３ｃからスイッチング素子１３ｄの制御電極に出力されるゲート電圧Ｖｇを示し、図３（ｂ）は、スイッチング素子１３ｄを介して流れる電流Ｉｄを示し、図３（ｃ）は、電解コンデンサ１３ｇが正常のときの両端間電圧レベルＶｃを示し、図３（ｄ）は、電解コンデンサ１３ｇが故障や寿命の末期時に達し、その等価直列抵抗が正常時よりも高くなったときの両端間電圧レベルＶｃを示している。

上記制御回路１３ｃから、図３（ａ）に示すように、Ｈ（high）レベル期間とＬ（low）レベル期間とがそれぞれ制御されたゲート電圧Ｖｇが発生されると、スイッチング素子１３ｄは、ゲート電圧ＶｇのＨレベル期間中にオン状態となり、Ｌレベル期間中にオフ状態となる。

この場合、スイッチング素子１３ｄを流れる電流Ｉｄは、図３（ｂ）に示すように、スイッチング素子１３ｄのオン期間に順次大きくなり、スイッチング素子１３ｄのオフ期間に零となる。すると、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ１４側の負荷が一定であるとした場合、電解コンデンサ１３ｇが正常のとき、その両端間電圧レベルＶｃは、図３（ｃ）に示すように、スイッチング素子１３ｄのオン期間に充電されて順次高くなり、スイッチング素子１３ｄのオフ期間に放電されて順次低くなる。この場合、電解コンデンサ１３ｇは、その両端間電圧レベルＶｃの振幅変化が非常に少ないＳ１であり、ほぼ安定な直流電圧レベルを維持している。

これに対し、電解コンデンサ１３ｇが故障や寿命の末期時に達し、その等価直列抵抗が正常時よりも高くなると、電解コンデンサ１３ｇの両端間電圧レベルＶｃの振幅変化は、図３（ｄ）に示すように、上記Ｓ１よりも大きいＳ２となる。

このため、上記検出回路１６では、微分回路１６ｆと積分回路１６ｉとから、電解コンデンサ１３ｇの両端間電圧レベルＶｃの振幅変化の大きさに対応した直流電圧レベルを生成し、その直流電圧レベルが基準直流レベルＶｒを超えたとき、電解コンデンサ１３ｇが故障や寿命の末期時に達し、その等価直列抵抗が正常時よりも高くなったと判断して検出信号を発生する。

そして、この検出信号に基づいて制御回路１３ｃがスイッチング素子１３ｄを強制的にオフ状態に制御して、ＰＦＣ回路１３の整流平滑化動作を停止させるように機能することにより、電解コンデンサ１３ｇの発煙や破裂を防止し、ユーザに対して十分な安全性を確保することができる。

図４は、上記検出回路１６の変形例を示している。図４において、図２に示した検出回路１６と同一部分には同一符号を付して説明すると、レベル比較回路１６ｊには、直流電圧源１６ｋから発生される予め設定された基準直流レベルＶｒ１と、直流電圧源１６ｍから発生される、上記基準直流レベルＶｒ１よりも高い予め設定された基準直流レベルＶｒ２とが供給されている。

そして、レベル比較回路１６ｊでは、上記積分回路１６ｉから供給される電圧レベルが基準直流レベルＶｒ１を超えたとき第１の検出信号を発生し、上記積分回路１６ｉから供給される電圧レベルが基準直流レベルＶｒ２を超えたとき第２の検出信号を発生する。このことは、電解コンデンサ１３ｇの等価直列抵抗が、故障や寿命の末期時に達したことにより、図５に示すように増加した場合、第１の抵抗値Ｒ１に達した時点と、第１の抵抗値Ｒ１よりも高い第２の抵抗値Ｒ２に達した時点とをそれぞれ検出していることになる。

このため、第１の検出信号が発生された段階で、ユーザに警告を発生し、第２の検出信号が発生された段階で、ＰＦＣ回路１３の整流平滑化動作を停止させることができる。これにより、いきなり電源が停止されて被電源供給部１５が動作停止となることで、ユーザが混乱するといった事態を回避することができる。ユーザへの警告としては、専用の警告手段を設けることもできるが、被電源供給部１５が表示機能や音声再生機能を有する場合には、それらの機能を利用して、表示や音声による警告メッセージを発生させることができる。

図６は、上記電子装置１１の変形例を示している。図６において、図１に示した電子装置１１と同一部分には同一符号を付して説明すると、検出回路１６から出力される検出信号がＤＣ−ＤＣコンバータ１４に供給されている。この場合、検出信号によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内のスイッチング素子のオンオフ駆動を停止させたり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が内蔵する過電圧保護機能を駆動させたりすることにより、被電力供給部１５への電力供給を停止させることができる。

なお、この発明は上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形して具体化することができる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

この発明の実施の形態を示すもので、電子装置の概略を説明するために示すブロック構成図。同実施の形態における電子装置のＰＦＣ回路及び検出回路の具体例を説明するために示すブロック化色校正図。同実施の形態における電子装置のＰＦＣ回路の各部の動作波形を説明するために示す図。同実施の形態における電子装置の検出回路の変形例を説明するために示すブロック回路構成図。同実施の形態における電子装置の検出回路の変形例の動作を説明するために示す特性図。同実施の形態における電子装置の変形例を説明するために示すブロック構成図。

符号の説明

１１…電子装置、１２…プラグ、１３…ＰＦＣ回路、１４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１５…被電力供給部、１６…検出回路。

Claims

入力された交流電力を整流し、電解コンデンサにより平滑化して直流電力を得る変換手段と、
前記変換手段で得られた直流電力に基づいて、前記電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記変換手段の変換動作を停止させる制御手段とを具備することを特徴とする電源保護回路。
前記検出手段は、前記電解コンデンサの両端間電圧レベルに基づいて、前記電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出することを特徴とする請求項１記載の電源保護回路。
前記検出手段は、前記電解コンデンサの両端間電圧レベルの振幅変化の大きさに基づいて、前記電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出することを特徴とする請求項１記載の電源保護回路。
前記検出手段は、
電解コンデンサの両端間電圧レベルの振幅変化の大きさに対応したレベルの直流電圧を生成する生成手段と、
前記生成手段で生成された直流電圧レベルと予め設定された基準直流レベルとをレベル比較して、前記電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出する比較手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の電源保護回路。
前記検出手段は、
電解コンデンサの両端間電圧レベルの振幅変化の大きさに対応したレベルの直流電圧を生成する生成手段と、
前記生成手段で生成された直流電圧レベルが予め設定された基準直流レベルを実質的に超えたとき、前記電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを示す検出信号を発生する比較手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の電源保護回路。
前記変換手段は、変換後の直流電力に基づいてスイッチング制御されるスイッチング素子を介して入力された交流電力を整流素子に導き、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング制御を停止させることを特徴とする請求項１記載の電源保護回路。
前記検出手段は、前記電解コンデンサの等価直列抵抗が第１の値になったことと、当該第１の値よりも高い第２の値になったこととを検出し、
前記制御手段は、前記検出手段により前記電解コンデンサの等価直列抵抗が前記第１の値になったことが検出されたとき警告を発生し、前記検出手段により前記電解コンデンサの等価直列抵抗が前記第２の値になったことが検出されたとき前記変換手段の変換動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の電源保護回路。
入力された交流電力を整流し、電解コンデンサにより平滑化して直流電力を得る変換手段と、
前記変換手段で得られた直流電圧のレベルを変換するレベル変換手段と、
前記変換手段で得られた直流電力に基づいて、前記電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記レベル変換手段の変換動作を停止させる制御手段とを具備することを特徴とする電源保護回路。
入力された交流電力を整流し、電解コンデンサにより平滑化して直流電力を得る変換工程と、
前記変換工程で得られた直流電力に基づいて、前記電解コンデンサの等価直列抵抗が高くなったことを検出する検出工程と、
前記検出工程での検出結果に基づいて、前記変換工程での変換動作を停止させる制御工程とを有することを特徴とする電源保護方法。