JP2011109823A - Power supply apparatus and method for determining capacitor life - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電源をコンデンサで平滑して直流電圧を出力する電源装置及びコンデンサ寿命判定方法に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus that outputs a DC voltage by smoothing a DC power supply with a capacitor and a capacitor life determination method.
従来、特許文献1や特許文献2にも記載されているように、直流電源を平滑するコンデンサ(主に電解コンデンサ)の電気的な特性を検出して寿命を判断する方法が案出されている。すなわち、特許文献1には、点灯装置内のコンデンサの容量が寿命末期に低下することにより、充放電の時間が初期に比べて短くなることを検出して寿命を判定する技術が開示されている。特許文献2には、コンデンサの放電時間を計測するカウンタを備えて、計測した放電時間が基準となる放電時間よりも短くなったときに、コンデンサが交換時期である旨を表示器で表示する技術が開示されている。
Conventionally, as described in
しかしながら、特許文献1に記載されている電源投入時にコンデンサの電圧を検出する方法では、電源投入の位相角により波形が異なることを考慮していないため、コンデンサの端子電圧を正確に検出することができない。また、この文献には、力率改善回路(PFC(Power Factor Control)回路)に対応する検出回路が開示されていない。特許文献2に記載されている電源遮断時にコンデンサの端子電圧を検出する方法では、電源遮断時においてコンデンサの特性を検知するので、コンデンサの動作中における容量抜け等の異常を検知することができない。このように、特許文献1及び2に記載された技術では、コンデンサの寿命を正確に判定することは困難である。
However, the method of detecting the voltage of the capacitor at the time of turning on the power described in
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、直流を平滑するコンデンサの寿命を正確に判定することができる電源装置及びコンデンサ寿命判定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply device and a capacitor life determination method that can accurately determine the life of a capacitor that smoothes a direct current.
本発明の電源装置は、直流電源を平滑して直流電圧を出力する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサからの直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ回路と、を備える電源装置であって、前記直流電源と前記平滑コンデンサの間に直列に介挿された検出用コンデンサと、前記直流電源の投入直後から前記インバータ回路を起動するまでの間に前記検出用コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出された前記検出用コンデンサの端子電圧に基づき、前記平滑コンデンサの特性変化によって生じる電圧変化を検知することで前記平滑コンデンサの寿命を判定する寿命判定手段と、を備えた。 A power supply device of the present invention is a power supply device including a smoothing capacitor that smoothes a DC power supply and outputs a DC voltage, and an inverter circuit that converts the DC voltage from the smoothing capacitor into an AC voltage and supplies the AC voltage to a load. And detecting a terminal voltage of the detection capacitor inserted in series between the DC power source and the smoothing capacitor, and immediately after the DC power source is turned on until the inverter circuit is activated. A life detecting means for determining a life of the smoothing capacitor by detecting a voltage change caused by a change in characteristics of the smoothing capacitor based on a terminal voltage of the detecting capacitor detected by the voltage detecting means; , With.
上記構成によれば、電源と平滑コンデンサの間に検出用コンデンサを直列に挿入し、電源投入直後から検出用コンデンサの端子電圧を検出し、検出した検出用コンデンサの端子電圧に基づき、平滑コンデンサの特性変化によって生じる電圧変化を検知することで平滑コンデンサの寿命を判定するので、平滑コンデンサの寿命を正確に判定することができる。なお、平滑コンデンサの特性変化によって生じる電圧変化は、検出した検出用コンデンサの端子電圧と平滑コンデンサの初期時における端子電圧に相当する基準電圧を比較することで検知することができる。 According to the above configuration, the detection capacitor is inserted in series between the power supply and the smoothing capacitor, and the terminal voltage of the detection capacitor is detected immediately after the power is turned on. Based on the detected terminal voltage of the detection capacitor, Since the life of the smoothing capacitor is determined by detecting the voltage change caused by the characteristic change, the life of the smoothing capacitor can be accurately determined. Note that the voltage change caused by the characteristic change of the smoothing capacitor can be detected by comparing the detected terminal voltage of the detection capacitor with a reference voltage corresponding to the initial terminal voltage of the smoothing capacitor.
上記構成において、前記寿命判定手段は、前記平滑コンデンサが寿命であると判定したときに前記インバータ回路の動作を停止する。 In the above configuration, the life determination unit stops the operation of the inverter circuit when it is determined that the smoothing capacitor has a life.
上記構成によれば、平滑コンデンサが寿命になったときにインバータ回路の動作を停止するので、その時点で寿命になった平滑コンデンサを交換することで常に一定の効率を保つことができる。 According to the above configuration, since the operation of the inverter circuit is stopped when the smoothing capacitor reaches the end of its life, a constant efficiency can always be maintained by replacing the smoothing capacitor that has reached the end of its life.
また、上記構成において、前記寿命判定手段は、前記検出用コンデンサに生じる端子電圧を電源として動作する。 Further, in the above configuration, the life determination unit operates using a terminal voltage generated in the detection capacitor as a power source.
上記構成によれば、寿命判定手段が検出用コンデンサに生じる端子電圧を電源として動作するので、専用の電源を用意する必要がない分、コストの削減が図れる。 According to the above configuration, since the life determination means operates using the terminal voltage generated in the detection capacitor as a power source, it is possible to reduce costs because it is not necessary to prepare a dedicated power source.
また、上記構成において、前記電圧検出手段は、複数の抵抗素子からなる抵抗分圧構成を採り、分圧比を電源装置の起動前と起動後で切り替える切替手段を備えた。 Further, in the above configuration, the voltage detecting unit has a resistance voltage dividing configuration including a plurality of resistance elements, and includes a switching unit that switches the voltage dividing ratio before and after starting the power supply apparatus.
上記構成によれば、例えば直流電源が得られるダイオードブリッジと該ダイオードブリッジからの直流電源を平滑して直流電圧を出力する平滑コンデンサの間に、降圧チョッパ回路を設ける場合、降圧チョッパ回路が起動する前は抵抗分圧比を小さくして平滑コンデンサの端子電圧が低くても該端子電圧のA/D変換が可能となり、降圧チョッパ回路の動作時は抵抗分圧比を大きくして平滑コンデンサの端子電圧が高くなっても該端子電圧のA/D変換が可能となる。 According to the above configuration, for example, when a step-down chopper circuit is provided between a diode bridge from which a DC power source is obtained and a smoothing capacitor that outputs a DC voltage by smoothing the DC power source from the diode bridge, the step-down chopper circuit starts. Before, even if the resistor voltage division ratio is reduced and the terminal voltage of the smoothing capacitor is low, A / D conversion of the terminal voltage is possible. During operation of the step-down chopper circuit, the resistor voltage dividing ratio is increased to increase the terminal voltage of the smoothing capacitor. Even if it becomes high, A / D conversion of the terminal voltage becomes possible.
本発明の照明装置は、上記電源装置を備えた。 The illuminating device of this invention was equipped with the said power supply device.
上記構成によれば、平滑コンデンサの寿命を正確に判定することができる照明装置を提供でき、常の効率の良い照明が可能となる。 According to the said structure, the illuminating device which can determine the lifetime of a smoothing capacitor correctly can be provided, and usual efficient illumination is attained.
本発明のコンデンサ寿命判定方法は、直流電源を平滑して直流電圧を出力する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサからの直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ回路とを備える電源装置における前記平滑コンデンサの寿命を判定する平滑コンデンサ寿命判定方法であって、前記直流電源と前記平滑コンデンサの間に直列に検出用コンデンサを介挿し、前記直流電源の投入直後から前記インバータ回路を起動するまでの間に前記検出用コンデンサの端子電圧を検出し、検出した前記端子電圧に基づいて、前記平滑コンデンサの特性変化によって生じる電圧変化を検知することで前記平滑コンデンサの寿命を判定する。 A capacitor life determination method according to the present invention is a power supply device including a smoothing capacitor that smoothes a DC power supply and outputs a DC voltage, and an inverter circuit that converts the DC voltage from the smoothing capacitor into an AC voltage and supplies the AC voltage to a load. A smoothing capacitor life judging method for judging the life of the smoothing capacitor, wherein a detection capacitor is inserted in series between the DC power supply and the smoothing capacitor, and immediately after the DC power supply is turned on until the inverter circuit is started During this period, the terminal voltage of the detecting capacitor is detected, and the life of the smoothing capacitor is determined by detecting the voltage change caused by the characteristic change of the smoothing capacitor based on the detected terminal voltage.
上記方法によれば、電源と平滑コンデンサの間に検出用コンデンサを直列に挿入し、電源投入直後から検出用コンデンサの端子電圧を検出し、検出した検出用コンデンサの端子電圧に基づき、平滑コンデンサの特性変化によって生じる電圧変化を検知することで平滑コンデンサの寿命を判定するので、平滑コンデンサの寿命を正確に判定することができる。なお、平滑コンデンサの特性変化によって生じる電圧変化は、検出した端子電圧と平滑コンデンサの初期時における端子電圧に相当する基準電圧を比較することで検知することができる。 According to the above method, the detection capacitor is inserted in series between the power supply and the smoothing capacitor, the terminal voltage of the detection capacitor is detected immediately after the power is turned on, and the smoothing capacitor is detected based on the detected terminal voltage of the detection capacitor. Since the life of the smoothing capacitor is determined by detecting the voltage change caused by the characteristic change, the life of the smoothing capacitor can be accurately determined. The voltage change caused by the characteristic change of the smoothing capacitor can be detected by comparing the detected terminal voltage with a reference voltage corresponding to the terminal voltage at the initial time of the smoothing capacitor.
本発明は、電源装置における平滑コンデンサの寿命を正確に判定することができる。 The present invention can accurately determine the life of a smoothing capacitor in a power supply device.
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る電源装置の回路構成図である。同図において、本実施の形態の電源装置1は、交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ2と、ダイオードブリッジ2からの直流電圧を平滑する電解コンデンサ(平滑コンデンサ)3と、ダイオードブリッジ2と電解コンデンサ3の間に直列に介挿された検出用コンデンサ4と、検出用コンデンサ4に並列接続されたバイパス用のサイリスタ5と、検出用コンデンサ4の端子電圧を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路(電圧検出手段)6と、平滑コンデンサ電圧検出回路6の検出電圧と比較するための基準電圧を出力する基準電圧発生回路7と、平滑コンデンサ電圧検出回路6から出力された検出電圧Vdと基準電圧発生回路7から出力された基準電圧Vrefを比較し、検出電圧Vdが基準電圧Vref未満であればインバータ起動信号ENを出力する比較回路8と、ダイオードブリッジ2から出力される直流電源で動作し、平滑コンデンサ電圧検出回路6に直流電源を供給するとともに、基準電圧発生回路7及び比較回路8を有するマイクロコンピュータ(寿命判定手段、以下“マイコン”と呼ぶ)9に直流電源を供給する制御電源回路10と、電解コンデンサ3の平滑作用で得られた直流電圧を交流電圧に変換してランプ12へ出力するインバータ回路11と、を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to
サイリスタ5は、カソードが検出用コンデンサ4の負荷側(インバータ回路11側)の一端に接続され、アノードが検出用コンデンサ4の電源側(ダイオードブリッジ2側)の一端に接続され、ゲートが比較回路8の出力端に接続される。サイリスタ5は、比較回路8からインバータ起動信号ENが出力されることでオン状態(導通状態)となり、検出用コンデンサ4をバイパスする。インバータ回路11は、比較回路8からインバータ起動信号ENが出力されることで起動する。本実施の形態では、後述するように、インバータ回路11を起動させるまでに検出用コンデンサ4の端子電圧を検出することで電解コンデンサ3の寿命を判定するので、検出用コンデンサ4の端子電圧を判定してサイリスタ5をオンにするまではインバータ回路11を起動させないようにしている。
The thyristor 5 has a cathode connected to one end on the load side (
平滑コンデンサ電圧検出回路6は、複数の抵抗素子からなる抵抗分圧構成となっており、また分圧比の切替えが可能となっている。マイコン9は、様々な電源に対応できるように、入力電圧の状態に応じて平滑コンデンサ電圧検出回路6における分圧比の切替えを行う。このようにマイコン9は、平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を切り替える切替手段としても機能する。
The smoothing capacitor
マイコン9は、制御電源回路10から直流電源が供給されて起動した直後に、平滑コンデンサ電圧検出回路6から出力された検出電圧VdをA/D(Analog/Digital)変換して電解コンデンサ3の端子電圧を測定する。例えば、電解コンデンサ3の端子電圧Vcx=1.4Vを平滑コンデンサ電圧検出回路6で1/10にされた電圧140mVを取り込み、それをA/D変換する。このときマイコン9が10ビットのA/Dコンバータを有していれば、データ値「28」が得られる。ここで、もし電解コンデンサ3の端子電圧Vcxが1.7Vとなった場合、電圧170mVをA/D変換したデータ値「34」を得る。
The microcomputer 9 A / D (Analog / Digital) converts the detection voltage Vd output from the smoothing capacitor
ここで電解コンデンサ3の寿命閾値をデータ値「33」とした場合、電解コンデンサ3の寿命を検知することができる。すなわち、基準電圧Vrefに対応するデータ値を「33」とした場合、このデータ値「33」と電解コンデンサ3の端子電圧Vcxに対応するデータ値(このデータ値とは、平滑コンデンサ電圧検出回路6から出力される検出電圧VdをA/D変換して得られたデータ値のことである)を比較することで、電解コンデンサ3の劣化を判定することができる。電解コンデンサ3が劣化すると端子電圧Vcxが大きくなり、そのデータ値が基準電圧Vrefに対応するデータ値以上となるので、マイコン9は、電解コンデンサ3が寿命に達した判定する。
Here, when the life threshold value of the
マイコン9は、電解コンデンサ3が寿命に達したと判定すると、インバータ起動信号ENの出力を停止し、またユーザに通知するための信号S2を出力する。一方、電解コンデンサ3が寿命に達していなければ、すなわち電解コンデンサ3の端子電圧Vcxに対応するデータ値が基準電圧Vrefに対応するデータ値未満であれば、マイコン9はインバータ起動信号ENを出力する。また、マイコン9は平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を1:100に切り替える信号S1を平滑コンデンサ電圧検出回路6へ出力する。マイコン9からインバータ起動信号ENが出力されることでサイリスタ5がオンするとともに、インバータ回路11が起動してランプ12への電力供給が可能となる。
When the
なお、平滑コンデンサ電圧検出回路6から出力される検出電圧Vdの取り込みを複数回行うことによって、検出電圧Vdに含まれるノイズを除去することができる。また、本実施の形態の電源装置1とランプ12は照明装置100を構成する。
Note that noise included in the detection voltage Vd can be removed by capturing the detection voltage Vd output from the smoothing capacitor voltage detection circuit 6 a plurality of times. In addition, the
次に、図2に示す動作波形図を参照しながら上記構成の電源装置1の動作を説明する。図2において、“DB”はダイオードブリッジ2の出力電圧の波形図、“Vcx”は電解コンデンサ3の端子電圧の波形図、“Vcc”は制御電源回路10の出力電圧の波形図である。“S1”はサイリスタ5の動作状態を示す波形図である。
Next, the operation of the
電源装置1に交流電源PSが投入されると、制御電源回路10が動作を開始して平滑コンデンサ電圧検出回路6とマイコン9に電圧Vccを印加する。マイコン9は、電圧Vccが印加されることで起動する(時刻t1)。また、交流電源PSが投入されると、ダイオードブリッジ2からのピーク電圧Viで検出用コンデンサ4及び電解コンデンサ3が充電される。この充電によって電解コンデンサ3には以下の式で示される端子電圧Vcxが生じる。但し、電解コンデンサ3の静電容量をCx、検出用コンデンサ4の静電容量をCrとする。
When the AC power supply PS is turned on to the
Vcx=Vi×Cr/(Cx+Cr) Vcx = Vi × Cr / (Cx + Cr)
ここで、例えば交流電源PSのピーク電圧Viが141V、電解コンデンサ3の静電容量Cxが47μF、検出用コンデンサ4の静電容量Crが0.47μFのとき、電解コンデンサ3には約1.4Vの端子電圧が生ずる。もし、電源装置1を長期間使用したことによって電解コンデンサ3の静電容量Cxが20%低下して38μFとなり、かつ、検出用コンデンサ4の静電容量に変化が生じなかったとすると、電解コンデンサ3の端子電圧は約1.7Vとなる。
Here, for example, when the peak voltage Vi of the AC power supply PS is 141 V, the capacitance Cx of the
なお、電解コンデンサ3の端子電圧Vcxは入力電圧の影響を受けるが、マイコン9で入力電圧を検知するなど行えば補正は容易である。また、電解コンデンサ3及び検出用コンデンサ4それぞれの静電容量のバラツキによる電圧変化もあるが、相対的な変化を検知することで影響を無くすことができる。
The terminal voltage Vcx of the
マイコン9は、起動直後に平滑コンデンサ電圧検出回路6から出力された検出電圧VdをA/D変換し、電解コンデンサ3の端子電圧Vcxを測定する。そして、測定した端子電圧Vcxに対応するデータ値を基準電圧Vrefに対応するデータ値と比較して電解コンデンサ3の劣化を判定する。電解コンデンサ3の劣化を判定した場合はインバータ起動信号ENの出力停止およびユーザへの通知を行う。電解コンデンサ3が劣化していないと判定した場合はインバータ起動信号ENを出力する。さらに、マイコン9は、平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を1:100に切り替える信号を平滑コンデンサ電圧検出回路6に与える。
The
マイコン9からインバータ起動信号ENが出力されると、サイリスタ5がオン状態(t2)になり、続いてインバータ回路11が起動する(t3)。サイリスタ5がオン状態になることでインバータ回路11に直流電圧が印加されて、インバータ回路11が交流電圧を出力し、ランプ12に電力を供給する。
When the inverter activation signal EN is output from the
このように本実施の形態の電源装置1は、ダイオードブリッジ2と電解コンデンサ3の間に直列に検出用コンデンサ4を介挿して電解コンデンサ3の端子電圧を検出できるようにしたので、電解コンデンサの端子電圧を正確に検出することができる。また、直流電源PSの投入直後でインバータ回路11を起動する前に検出用コンデンサ4の端子電圧Vdを検出し、その検出結果と電解コンデンサ3の初期時における検出用コンデンサ4の端子電圧Vdに相当する基準電圧を比較するので、電解コンデンサ3の寿命を正確に判定することができる。
As described above, the
また、電解コンデンサ3が寿命であると判定したときにインバータ回路11の動作を停止させるので、その時点で寿命になった電解コンデンサ3を交換することで常に一定の効率を保つことができる。また、平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を変更できるので、入力電圧の状態に応じて分圧比を可変することで、様々な電源に対応できる。また、平滑コンデンサ電圧検出回路6とマイコン9は、ダイオードブリッジ2からの直流電源で動作するので、専用の電源を用意する必要がない分、コストの削減が図れる。
Further, since the operation of the
なお、本実施の形態では、検出用コンデンサ4は、静電容量が電解コンデンサ3の静電容量の100分の1のものとしたが、さらに小さくしてもよい。この場合、静電容量を小さくすると検出電圧が小さくなるが、容量変化による検出電圧の変動率は変わらないので、平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を小さくするなどで対応することができる。
In the present embodiment, the detection capacitor 4 has a capacitance that is 1 / 100th of the capacitance of the
また、本実施の形態では、検出用コンデンサ4の端子電圧Vdの短時間での変化を検出することにより、電解コンデンサ3の漏れ電流も検知可能である。すなわち、電解コンデンサ3の劣化により漏れ電流が増加した場合、充電電圧が初期と最後での変化が大きくなるのでこれを検出すればよい。
In the present embodiment, the leakage current of the
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る電源装置の回路構成図である。なお、この図において前述した図1と共通する部分には同一の符号を付けている。図3において、本実施の形態の電源装置20は、交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ2と、ダイオードブリッジ2からの直流電圧を平滑する電解コンデンサ3と、ダイオードブリッジ2と電解コンデンサ3の間に直列に介挿され、ダイオード21、抵抗22及び検出用コンデンサ4からなる直列回路23と、直列回路23に並列に接続されたバイパス用スイッチ24と、検出用コンデンサ4の端子電圧を検出する平滑コンデンサ電圧検出回路6と、平滑コンデンサ電圧検出回路6で検出された検出電圧Vdと比較するための基準電圧Vrefを出力する基準電圧発生回路7と、平滑コンデンサ電圧検出回路6から出力された検出電圧Vdと基準電圧発生回路7から出力された基準電圧Vrefを比較し、検出電圧Vdが基準電圧Vref未満であればインバータ起動信号ENを出力する比較回路8と、比較回路8からインバータ起動信号ENが出力されることでバイパス用スイッチ24を閉状態にするスイッチ制御回路25と、電解コンデンサ3による平滑作用で得られた直流電圧を交流電圧に変換してランプ12へ出力するインバータ回路11と、を備える。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to
上記直列回路23のダイオード21は、アノードが電解コンデンサ3の一端に接続され、カソードが抵抗22の一端に接続される。抵抗22は、一端が前述したダイオード21のカソードに接続され、他端が検出用コンデンサ4の一端に接続される。検出用コンデンサ4は、一端が前述した抵抗22の他端に接続され、他端がダイオードブリッジ2の出力端の一方に接続される。
The
基準電圧発生回路7、比較回路8及びスイッチ制御回路25は、マイクロコンピュータ(以下、マイコンと呼ぶ)27で構成される。
The reference
なお、本実施の形態の電源装置20とランプ12は照明装置101を構成する。
Note that the
次に、上記構成の電源装置20の動作を説明する。電源装置20に交流電源PSが投入されると、バイパス用スイッチ24が開状態になっていることから、抵抗22を介して電解コンデンサ3と検出用コンデンサ4に電源のピーク電圧Viのよる充電が行われる。負荷であるインバータ回路11はインバータ起動信号ENが来ていないので停止状態にある。電解コンデンサ3には以下の式で示される端子電圧Vcxが生じる。
Vcx=Vi×Cx/(Cx+Cr)
Next, the operation of the
Vcx = Vi × Cx / (Cx + Cr)
マイコン27は、検出用コンデンサ4の端子電圧で起動し、起動直後に検出用コンデンサ4の端子電圧を検出する。そして、検出した端子電圧に対応する検出電圧Vdと基準電圧Vrefを比較し、検出電圧Vdが基準電圧Vref未満であればインバータ起動信号ENを出力する。
The
ここで、電源のピーク電圧Viが141V、電解コンデンサ3の静電容量Cxが47μF、検出用コンデンサ4の静電容量Crが470μFのとき、検出用コンデンサ4には約23Vの電圧が生じる。もし、この電源装置20を長期間使用したことによって電解コンデンサ3の静電容量Cxが20%低下して38μFとなり、かつ、検出用コンデンサ4の静電容量に変化が生じなかったとすると、検出用コンデンサ4の電圧は約11Vとなる。電解コンデンサ3の静電容量Cxが20%程度に低下したときを電源コンデンサ3の寿命とすれば、基準電圧Vrefを11Vよりも僅かに低い値に設定しておけば、検出電圧Vdが基準電圧Vref以下になると、マイコン27はインバータ起動信号ENの出力を停止するとともに、ユーザに通知するための信号S2を出力する。
Here, when the peak voltage Vi of the power source is 141 V, the capacitance Cx of the
検出電圧Vdが基準電圧Vrefを上回って、マイコン27からインバータ起動信号ENが出力されると、スイッチ制御回路25によってバイパス用スイッチ24が閉状態になり、続いてインバータ回路11が起動する。これにより、インバータ回路11が電解コンデンサ3による平滑作用で得られた直流電圧を交流電圧に変換してランプ12に電力供給を行い、ランプ12を点灯させる。また、インバータ回路11が起動することで、インバータ回路11から制御電源がマイコン27へ供給される。
When the detection voltage Vd exceeds the reference voltage Vref and the inverter activation signal EN is output from the
このように本実施の形態の電源装置20は、ダイオードブリッジ2と電解コンデンサ3の間に、ダイオード21、抵抗22及び検出用コンデンサ4からなる直列回路23を直列に介挿するとともに、直列回路23に並列にバイパス用スイッチ24を接続し、直流電源PSの投入直後でインバータ回路11を起動する前に検出用コンデンサ4の端子電圧Vdを検出し、その検出結果と電解コンデンサ3の初期時における検出用コンデンサ4の端子電圧Vdに相当する基準電圧を比較するので、電解コンデンサ3の寿命を正確に判定することができる。また、電解コンデンサ3が寿命であると判定したときにインバータ回路11の動作を停止させるので、その時点で寿命になった電解コンデンサ3を交換することで常に一定の効率を保つことができる。
As described above, in the
また、平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を変更できるので、電解コンデンサ3の寿命を高精度で判定することができる。また、直列回路23に抵抗22を設けているので、交流電源PS投入時の突入電流を防止することができる。また、平滑コンデンサ電圧検出回路6とマイコン27は、検出用コンデンサ4に生じる端子電圧を電源として動作するので、専用の電源を用意する必要がない分、コストの削減が図れる。
Further, since the voltage division ratio of the smoothing capacitor
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3に係る電源装置の回路構成図である。なお、この図において前述した図1と共通する部分には同一の符号を付けている。図4において、本実施の形態の電源装置30は、交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ2と、ダイオードブリッジ2からの直流電圧を降圧し、後述する比較回路8から出力されるインバータ起動信号ENで起動する降圧チョッパ回路31と、降圧チョッパ回路31の入出力間に並列に接続された検出用コンデンサ4と抵抗32からなる直列回路33と、降圧チョッパ回路31からの直流電圧を平滑する電解コンデンサ3と、検出用コンデンサ4の端子電圧を検出する検出用コンデンサ電圧検出回路6と、検出用コンデンサ電圧検出回路6から出力される検出電圧Vdと比較するための基準電圧Vrefを発生する基準電圧発生回路7と、検出用コンデンサ電圧検出回路6から出力された検出電圧Vdと基準電圧発生回路7から出力された基準電圧Vrefを比較し、検出電圧Vdが基準電圧Vrefを上回るとインバータ起動信号ENを出力する比較回路8と、ダイオードブリッジ2からの直流電圧で動作し、検出用コンデンサ電圧検出回路6とマイクロコンピュータ(以下、マイコンと呼ぶ)34のそれぞれに直流電源を供給する制御電源回路10と、比較回路8からインバータ起動信号ENが出力されることで起動し、電解コンデンサ3による平滑作用で得られた直流電圧を交流電圧に変換してランプ12へ出力するインバータ回路11と、を備える。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to
上記直列回路33の検出用コンデンサ4は、一端が降圧チョッパ回路31の両出力端の一方に接続され、他端が抵抗32の一端に接続される。抵抗32は、一端が前述した検出用コンデンサ4の他端に接続され、他端が降圧チョッパ回路31の両入力端の一方に接続される。基準電圧発生回路7及び比較回路8はマイコン34で構成される。
One end of the detection capacitor 4 of the series circuit 33 is connected to one of both output ends of the step-down
なお、本実施の形態の電源装置30とランプ12は照明装置102を構成する。
Note that the
次に、上記構成の電源装置30の動作を説明する。電源装置30に交流電源PSが投入されると、検出用コンデンサ4と抵抗32の直列回路33と電解コンデンサ3に電流が流れ、ダイオードブリッジ2からのピーク電圧Viで検出用コンデンサ4及び電解コンデンサ3が充電される。また同時に制御電源回路10が動作を開始し、平滑コンデンサ電圧検出回路6とマイコン34のそれぞれに直流電源を供給する。
Next, the operation of the
電解コンデンサ3には以下の式で示される端子電圧Vcxが生じる。
Vcx=Vi×Cr/(Cx+Cr)
A terminal voltage Vcx represented by the following expression is generated in the
Vcx = Vi × Cr / (Cx + Cr)
ここで、交流電源PSのピーク電圧が410V、電解コンデンサ3の静電容量Cxが220μF、検出用コンデンサ4の静電容量Crが0.1μFのとき、電解コンデンサ3には約190mVの電圧が生じる。もし、この電源装置30を長期間使用したことによって電解コンデンサ3の静電容量Cxが20%低下して176μFとなり、かつ、検出用コンデンサ4の静電容量Crに変化が生じなかったとすると、電解コンデンサ3の電圧は約230mVとなる。
Here, when the peak voltage of the AC power supply PS is 410 V, the capacitance Cx of the
なお、電解コンデンサ3の端子電圧Vcxは入力電圧の影響を受けるが、マイコン34で入力電圧を検知するなど行えば補正は容易である。また、電解コンデンサ3及び検出用コンデンサ4それぞれの静電容量のバラツキによる電圧変化もあるが、相対的な変化を検知することで影響を無くすことができる。
The terminal voltage Vcx of the
平滑コンデンサ電圧検出回路6は分圧比を可変する抵抗分圧回路であり、マイコン34は、降圧チョッパ回路31が起動する前は抵抗分圧比を小さくして電解コンデンサ3の端子電圧Vcxが低くてもA/D変換できるようにし、降圧チョッパ回路31の動作時は抵抗分圧比を大きくして電解コンデンサ3の端子電圧Vcxが高くなってもA/D変換できるようにする。例えば、降圧チョッパ回路31の起動までの分圧比を1:2、降圧チョッパ回路31の起動後の分圧比を1:6とする。このようにマイコン34は平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を切り替える切替手段としても機能する。
The smoothing capacitor
マイコン34は、起動直後に平滑コンデンサ電圧検出回路6から出力される検出電圧VdをA/D変換し、電解コンデンサ3の端子電圧Vcxを測定する。例えば、降圧チョッパ回路31の起動前に電解コンデンサ3の端子電圧Vcxの1/2の電圧95mVをA/D変換する。
The
マイコン34が12ビットのA/Dコンバータを有する場合、電圧95mVであれば、データ値「76」が得られる。もし、電解コンデンサ3の端子電圧Vcxが230mVとなった場合、115mVをA/D変換してデータ値「92」が得られる。電解コンデンサ3の寿命閾値をデータ値「91」とした場合、電解コンデンサ3の端子電圧Vcxを基に電解コンデンサ3の寿命を判定することができる。マイコン34は、電解コンデンサ3が寿命に達したと判定した場合、インバータ起動信号ENの出力を停止し、またユーザに通知するための信号S2を出力する。一方、電解コンデンサ3が寿命に達していないと判定した場合、インバータ起動信号ENを出力し、また平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を1:6に切り替える信号S1を平滑コンデンサ電圧検出回路6に与える。マイコン34からインバータ起動信号ENが出力されると、降圧チョッパ回路31が起動し、インバータ回路11に電力供給が可能となる。
When the
このように本実施の形態の電源装置30は、降圧チョッパ回路31の入出力間に検出用コンデンサ4と抵抗32からなる直列回路33を並列接続して電解コンデンサ3の端子電圧Vcxを検出できるようにしたので、電解コンデンサ3の端子電圧Vcxを正確に検出することができる。また、直流電源PSの投入直後で降圧チョッパ回路31を起動する前に検出用コンデンサ4の端子電圧を検出し、その検出結果である検出電圧Vcと電解コンデンサ3の初期時における検出用コンデンサ4の端子電圧に相当する基準電圧Vrefとを比較するので、電解コンデンサ3の寿命を正確に判定することができる。
As described above, the
また、平滑コンデンサ電圧検出回路6の分圧比を変更できるので、電解コンデンサ3の寿命を高精度で判定することができる。また、平滑コンデンサ電圧検出回路6とマイコン34は、ダイオードブリッジ2からの直流電源で動作するので、専用の電源を用意する必要がない分、コストの削減が図れる。
Further, since the voltage division ratio of the smoothing capacitor
(実施の形態4)
図5は、本発明の実施の形態4に係る電源装置の回路構成図である。なお、この図において前述した図1と共通する部分には同一の符号を付けている。図5において、本実施の形態の電源装置40は、上述した実施の形態1の電源装置1の構成に、通信インターフェイス41と通信線42を追加したものである。電解コンデンサ3の寿命検知は実施の形態1の電源装置1と同様の動作であるが、検知時の制御動作が異なる。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to Embodiment 4 of the present invention. In this figure, the same reference numerals are given to the portions common to FIG. 1 described above. In FIG. 5, a
電源装置40のマイコン9Aは、電解コンデンサ3の寿命を検知すると、通信インターフェイス41を介して寿命信号を通信線42に送信する。通信線42に送信された寿命信号は、上位制御装置50に受信される。上位制御装置50には、他の電源装置40からの寿命信号も受信する。上位制御装置50は、寿命信号を受信すると、該信号を送信した電源装置40のマイコン9Aのテストを行う。テスト内容はマイコン9AのROMチェックサムなどである。テストが正常である場合は電源装置40の稼動時間を確認する。ここで、電源装置40のマイコン9AがEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)などの記憶媒体を備える場合、マイコン9Aは、当該記憶媒体に記憶されている稼働時間を上位制御装置50に送信する。
When the
上位制御装置50は、電源装置40の稼動時間が寿命となる稼働時間範囲内にある場合、その電源装置40が寿命であると判定する。そして、寿命となった電源装置40に対して出力低下などの制御を行う。また、寿命となった電源装置40の交換要求をユーザに対して報知する。
If the operating time of the
なお、本実施の形態の電源装置40とランプ12は照明装置103を構成する。
Note that the
このように本実施の形態の電源装置40は、電源装置単体での寿命動作ではなく、上位制御装置50でマイコン動作確認しながら寿命検知を確定することで正確な寿命判定と利便性の高い電源装置を実現できる。
As described above, the
1、20、30、40 電源装置
2 ダイオードブリッジ
3 電解コンデンサ(平滑コンデンサ)
4 検出用コンデンサ
5 バイパス用サイリスタ
6 平滑コンデンサ電圧検出回路
7 基準電圧発生回路
8 比較回路
9、9A、27、34 マイクロコンピュータ
10 制御電源回路
11 インバータ回路
12 ランプ
21 ダイオード
22、32 抵抗
23、33 直列回路
24 バイパス用スイッチ
25 スイッチ制御回路
31 降圧チョッパ回路
41 通信インターフェイス
42 通信線
50 上位制御装置
100、101、102、103 照明装置
1, 20, 30, 40
4 Detection Capacitor 5
Claims (6)
前記平滑コンデンサからの直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ回路と、を備える電源装置であって、
前記直流電源と前記平滑コンデンサの間に直列に介挿された検出用コンデンサと、
前記直流電源の投入直後から前記インバータ回路を起動するまでの間に前記検出用コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された前記検出用コンデンサの端子電圧に基づき、前記平滑コンデンサの特性変化によって生じる電圧変化を検知することで前記平滑コンデンサの寿命を判定する寿命判定手段と、
を備えた電源装置。 A smoothing capacitor that smooths the DC power supply and outputs a DC voltage;
An inverter circuit that converts a DC voltage from the smoothing capacitor into an AC voltage and supplies the load to a load, and a power supply device comprising:
A detection capacitor inserted in series between the DC power supply and the smoothing capacitor;
Voltage detection means for detecting a terminal voltage of the detection capacitor between immediately after turning on the DC power source and starting the inverter circuit;
Life determination means for determining the life of the smoothing capacitor by detecting a voltage change caused by a characteristic change of the smoothing capacitor based on the terminal voltage of the detection capacitor detected by the voltage detection means;
Power supply unit with
前記直流電源と前記平滑コンデンサの間に直列に検出用コンデンサを介挿し、前記直流電源の投入直後から前記インバータ回路を起動するまでの間に前記検出用コンデンサの端子電圧を検出し、検出した前記端子電圧に基づいて、前記平滑コンデンサの特性変化によって生じる電圧変化を検知することで前記平滑コンデンサの寿命を判定するコンデンサ寿命判定方法。 A capacitor for determining the life of the smoothing capacitor in a power supply device comprising: a smoothing capacitor that smoothes a DC power supply and outputs a DC voltage; and an inverter circuit that converts the DC voltage from the smoothing capacitor into an AC voltage and supplies the AC voltage to a load. A method for determining the life,
A detection capacitor is inserted in series between the DC power supply and the smoothing capacitor, and the terminal voltage of the detection capacitor is detected immediately after the DC power supply is turned on until the inverter circuit is started. A capacitor life determination method for determining a life of the smoothing capacitor by detecting a voltage change caused by a change in characteristics of the smoothing capacitor based on a terminal voltage.
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