JP2011188649A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源の寿命を予測する。
【解決手段】スイッチング電源は、コンデンサの電圧が第１閾値以上となった場合に変圧器の１次巻線に接続されたスイッチング素子のオンオフ制御を開始させ、オンオフ制御により変圧器の２次巻線および第１補助巻線に電圧を誘起させ、コンデンサの電圧が第１閾値より小さい第２閾値以下となった場合にオンオフ制御を停止させる制御回路と、電源からの電圧によりコンデンサを充電する起動回路と、第１補助巻線に誘起された電圧によりコンデンサを充電する第１補助電源と、コンデンサの電圧が第１閾値以上になった後のコンデンサの電圧に基づいてスイッチング電源の寿命を判定する判定部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源に関する。

特許文献１および特許文献２には、１次側または２次側の平滑コンデンサのリプル電圧に基づいて平滑コンデンサの寿命を検知するスイッチング電源が開示されている。特許文献３には、周囲温度、リプル電流値、寿命特性データ、期待寿命時間、経過寿命時間に基づいて平滑コンデンサの寿命を予測する直流電源装置が開示されている。特許文献４および特許文献５には、リプル電圧に基づいてスイッチング電源の寿命を予測する技術が開示されている。
特許文献１ 特開２０００−３５０４４８号公報
特許文献２ 特開２０００−３０８３３９号公報
特許文献３ 特開平１１−３５６０３６号公報
特許文献４ 特開平８−１９２４７号公報
特許文献５ 特開２００２−１１２５４９号公報

上記のように、スイッチング電源の寿命を予測する手法は種々提案されている。しかしながら、上記のようなスイッチング電源の寿命を予測する手法は必ずしもユーザの希望に沿ったものではない。そこで、スイッチング電源の寿命を予測する新たな手法が望まれている。

本発明に係るスイッチング電源は、コンデンサの電圧が第１閾値以上となった場合に変圧器の１次巻線に接続されたスイッチング素子のオンオフ制御を開始させ、オンオフ制御により変圧器の２次巻線および第１補助巻線に電圧を誘起させ、コンデンサの電圧が第１閾値より小さい第２閾値以下となった場合にオンオフ制御を停止させる制御回路と、電源からの電圧によりコンデンサを充電する起動回路と、第１補助巻線に誘起された電圧によりコンデンサを充電する第１補助電源と、コンデンサの電圧が第１閾値以上になった後のコンデンサの電圧に基づいてスイッチング電源の寿命を判定する判定部と、を備える。

上記のスイッチング電源において、判定部は、コンデンサの電圧が第１閾値以上になった後のコンデンサの電圧が第２閾値以下となった場合に、スイッチング電源の寿命と判定してもよい。

上記のスイッチング電源において、判定部は、コンデンサの電圧が第１閾値以上になった後のコンデンサの電圧が第１閾値と第２閾値との間の第３閾値以下となった場合に、スイッチング電源の交換時期であると判定してもよい。

上記のスイッチング電源において、判定部は、第１閾値に対応する第１基準電圧が入力される第１基準電圧入力端子と、コンデンサの電圧に対応する電圧が入力される第１コンデンサ電圧入力端子と、第１コンデンサ電圧入力端子に入力される電圧が第１基準電圧を超えたことに対応して起動信号を出力する第１出力端子とを有する第１コンパレータと、第１出力端子から出力される起動信号により動作し、第２閾値に対応する第２基準電圧が入力される第２基準電圧入力端子と、コンデンサの電圧に対応する電圧が入力される第２コンデンサ電圧入力端子と、第２コンデンサ電圧入力端子に入力される電圧が第２基準電圧以下となった場合に、スイッチング電源の寿命を示す信号を出力する第２出力端子とを有する第２コンパレータと、を含んでもよい。

上記のスイッチング電源において、判定部は、第１出力端子から出力される起動信号により動作し、第１閾値と第２閾値との間の第３閾値に対応する第３基準電圧が入力される第３基準電圧入力端子と、コンデンサの電圧に対応する電圧が入力される第３コンデンサ電圧入力端子と、第３コンデンサ電圧入力端子に入力される電圧が第３基準電圧以下となった場合に、スイッチング電源の交換時期であることを示す信号を出力する第３出力端子とを有する第３コンパレータをさらに含んでもよい。

上記のスイッチング電源において、判定部は、コンデンサの電圧が第１閾値以上になった後のコンデンサの電圧の単位時間当たりの変化率が予め定められた変化率以上となった場合に、スイッチング電源の寿命であると判定してもよい。

上記のスイッチング電源において、電源からの電圧により判定部を起動させ、さらに変圧器の第２補助巻線に誘起された電圧に基づいて判定部の動作を継続させる第２補助電源をさらに備え、判定部は、第２補助電源からの電力に基づいて起動したことに対応して起動回路を作動させてもよい。

上記のスイッチング電源において、スイッチング電源の合計稼働時間に基づいてスイッチング電源の交換時期を推定する推定部をさらに備えてもよい。

上記のスイッチング電源において、スイッチング電源の合計稼働時間に基づいてスイッチング電源の交換時期を推定する推定部と、判定部による判定結果が、スイッチング電源の交換時期であることを示し、かつ推定部による推定の結果がスイッチング電源の交換時期であることを示す場合に、スイッチング電源の交換時期であることを外部に報知する報知部と、をさらに備えてもよい。

上記のスイッチング電源において、電源からの電流を平滑化する第１コンデンサと、２次巻線から出力される電流を平滑化する第２コンデンサと、をさらに備え、コンデンサに対して予め定められた推定寿命は、第１コンデンサおよび第２コンデンサに対して予め定められた推定寿命より短くてもよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

第１の実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す図である。 正常なコンデンサＣ５の電圧波形の一例を示す図である。 劣化したコンデンサＣ５の電圧波形の一例を示す図である。 第２の実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す図である。 第３の実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１の実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す。交流電源１０からの電流は、ノイズフィルタ１２を介して入力側整流平滑回路１６で整流・平滑化され、高周波変圧器Ｔの１次巻線Ｎ１に入力される。１次巻線Ｎ１には、ＦＥＴ等で構成されるスイッチング素子Ｓ１が直列に接続されている。スイッチング素子Ｓ１は、制御回路４０によりオンオフ制御される。スイッチング素子Ｓ１がオンオフ制御されることで、１次巻線Ｎ１に断続的に電流が入力され、２次巻線Ｎ２および補助巻線Ｎ３に電圧が誘起される。起動回路２０は、制御回路４０が起動する前に、ノイズフィルタ１２および入力側整流平滑回路１６を介して交流電源１０からの電力を制御回路４０に供給し、制御回路４０を起動させる。第１補助電源３０は、制御回路４０が起動した後、補助巻線Ｎ３に誘起された電圧に基づいて制御回路４０に電力を供給する。

このように構成されたスイッチング電源は、スイッチング素子Ｓ１のオンオフの期間を調整することで、交流電源１０からの交流電圧を予め設定された直流電圧に変換して出力する。

ところで、スイッチング電源の不具合は、スイッチング電源が備えるコンデンサの劣化によって起こることが比較的多い。そのため、スイッチング電源において、コンデンサの寿命を予測してスイッチング電源の交換時期をユーザに報知することがある。さらに、スイッチング電源において、周囲温度および合計稼働時間に基づいてコンデンサの残寿命を予測するものがある。この場合、スイッチング電源は、周囲温度および稼動合計時間をパラメータとして予め定められた関数を利用することで、コンデンサの残寿命を予測している。この関数は、コンデンサの初期容量に応じても異なり、例えば出荷時に測定されたコンデンサの初期容量に対応する関数をスイッチング電源に予め組み込み、スイッチング電源は、その関数を利用してコンデンサの残寿命を予測している。しかし、コンデンサの実際の寿命は、仕様が共通のコンデンサであったとしても個々のコンデンサでバラツキが生じることがある。したがって、周囲温度および稼働合計時間などに基づいて予測される残寿命は実際のコンデンサの残寿命とは限らない。また、個々のコンデンサで実際の寿命にバラツキがあることから、コンデンサの実際の寿命よりも短い寿命で交換時期が報知されるように設計されることも多い。しかしながら、ユーザによっては、例えば実際のコンデンサの寿命に至るまで継続してそのコンデンサを使用して、スイッチング電源を稼動させたい場合もある。

そこで、第１の実施形態では、判定部５０において、実際のコンデンサの寿命をより正確に検知する。判定部５０において、実際のコンデンサの寿命がより正確に検知されることで、例えば、実際のコンデンサの寿命に至るまで継続してそのコンデンサを使用して、スイッチング電源を稼動させることができる。さらに、判定部５０の判定結果が、報知部７０を介してユーザに報知される。よって、ユーザは、スイッチング電源の不具合の原因がコンデンサの劣化であると容易に特定できる。

また、コンデンサの寿命は、電解液、電極等の構成素材によって異なる。つまり、コンデンサの寿命は、コンデンサの仕様により異なる。特に小型の電解コンデンサになるほど寿命は短くなるのが一般的である。さらに、周囲温度、使用電圧、流れるリップル電流などの外部要因によっても寿命は異なる。よって、コンデンサの残寿命を予測する場合、スイッチング電源が備える複数のコンデンサの中で、コンデンサの仕様および外部要因を考慮して最も寿命が短いコンデンサの残寿命を優先的に予測したほうがよい。スイッチング電源が備える複数のコンデンサの中で第１補助電源３０が備えるコンデンサＣ５は、他のコンデンサと比較し、小型であり比較的寿命が短い。そこで、第１の実施形態では、最も寿命が短い仕様のコンデンサが、第１補助電源３０が備えるコンデンサＣ５に使用され、判定部５０がコンデンサＣ５の寿命を判定し、報知部７０がコンデンサＣ５の交換時期またはコンデンサＣ５の異常を報知する。

さて、図１において、ノイズフィルタ１２は、スイッチング素子Ｓ１等で発生するノイズを除去する。ノイズフィルタ１２にはダイオードブリッジにより構成される整流回路１４が接続される。さらに、整流回路１４の一対の出力ライン間には、平滑コンデンサＣ１が接続される。整流回路１４と平滑コンデンサＣ１とで入力側整流平滑回路１６が構成される。

平滑コンデンサＣ１の出力端間には、高周波変圧器Ｔの１次巻線Ｎ１を介してＦＥＴ等で構成されるスイッチング素子Ｓ１が接続される。スイッチング素子Ｓ１は、制御回路４０からのスイッチング制御信号に基づいてオンオフ制御される。高周波変圧器Ｔの２次巻線Ｎ２には、出力側整流平滑回路１８が接続される。出力側整流平滑回路１８は、ダイオードＤ１，Ｄ２、リアクトルＬ１、および平滑コンデンサＣ２により構成される。ダイオードＤ１のアノード端子は２次巻線Ｎ２の一端に接続され、ダイオードＤ１のカソード端子はダイオードＤ２のカソード端子およびリアクトルＬ１の一端に接続される。リアクトルＬ１の他端は、平滑コンデンサＣ２の一端に接続され、平滑コンデンサＣ２の他端は、ダイオードＤ２のアノード端子および２次巻線の他端に接続される。また、平滑コンデンサＣ２の両端には、不図示の負荷が接続される。

高周波変圧器Ｔの補助巻線Ｎ３の両端には、第１補助電源３０が接続される。第１補助電源３０は、補助側整流平滑回路３２とコンデンサＣ５とにより構成される。補助側整流平滑回路３２には、コンデンサＣ５が並列に接続される。補助側整流平滑回路３２は、抵抗Ｒ１、平滑コンデンサＣ４、およびダイオードＤ３により構成される。補助巻線Ｎ３の一端に抵抗Ｒ１の一端が接続され、補助巻線Ｎ３の他端に平滑コンデンサＣ４の一端が接続される。また、抵抗Ｒ１の他端にダイオードＤ３のアノード端子および平滑コンデンサＣ４の他端が接続される。また、ダイオードＤ３のカソード端子にはコンデンサＣ５の一端が接続され、コンデンサＣ５の他端には平滑コンデンサＣ４の他端および補助巻線Ｎ３の他端が接続される。このように構成されることで、補助巻線Ｎ３に誘起された電圧が補助側整流平滑回路３２で整流・平滑され、コンデンサＣ５に印加され、コンデンサＣ５が充電される。第１補助電源３０は、コンデンサＣ５に充電された電力を制御回路４０に供給する。

起動回路２０は、入力側整流平滑回路１６の一端に接続される。起動回路２０は、スイッチング電源が備える不図示の起動スイッチがオンされたことに対応して、ノイズフィルタ１２および入力側整流平滑回路１６を介して入力された交流電源１０からの電圧により、第１補助電源３０が備えるコンデンサＣ５を充電する。コンデンサＣ５に充電された電圧Ｖｃｃが予め定められた第１閾値以上となった場合に、制御回路４０が起動される。

起動後、制御回路４０がスイッチング素子Ｓ１のオンオフ制御を開始させ、交流電源１０からの電流が１次巻線Ｎ１に断続的に印加される。１次巻線Ｎ１に電流が断続的に印加されることで、２次巻線Ｎ２および補助巻線Ｎ３に電圧が誘起される。よって、起動後は、補助巻線Ｎ３に誘起された電圧に基づいてコンデンサＣ５が充電され、コンデンサＣ５に充電された電圧が安定的に制御回路４０に供給される。

図２は、コンデンサＣ５が正常の場合のスイッチング電源が作動を開始した場合におけるコンデンサＣ５の電圧波形の一例を示す。時刻ｔ１で起動スイッチがオンすると、コンデンサＣ５の充電が開始される。次いで、時刻ｔ２でコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上になると、制御回路４０が起動を開始する。制御回路４０が起動し、スイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御させ、補助巻線Ｎ３に誘起された電圧により、コンデンサＣ５が充電されるまで間、つまり、時刻ｔ３まで、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃは低下する。その後、補助巻線Ｎ３に誘起された電圧によりコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃは安定して推移する。このように、コンデンサＣ５が正常の場合には、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃは安定しているので、制御回路４０に安定した電力が供給される。なお、第２閾値Ｖｔ２は、制御回路４０が停止する電圧値を示す。

図３は、コンデンサＣ５が劣化した場合のスイッチング電源が作動を開始した場合のコンデンサＣ５の電圧波形の一例を示す。

時刻ｔ１で起動スイッチがオンすると、コンデンサＣ５の充電が開始される。次いで、時刻ｔ２でコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上になると、制御回路４０が起動を開始する。制御回路４０が起動し、スイッチング素子Ｓ１をオンオフ制御させ、補助巻線Ｎ３に誘起された電圧により、コンデンサＣ５が充電されるまで間、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃは低下する。ここで、コンデンサＣ５の劣化が進行している場合、コンデンサＣ５の単位時間あたりの電圧降下率が、正常のコンデンサＣ５の電圧降下率より高くなる。つまり、コンデンサＣ５の電圧降下が急峻になる。したがって、補助巻線Ｎ３に誘起された電圧によりコンデンサＣ５の充電が開始される前に、時刻ｔ４でコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値Ｖｔ２を下回り、制御回路４０が停止してしまう。制御回路４０が停止すると、再度起動回路２０を介してコンデンサＣ５の充電が開始され、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上となった時点で、再度制御回路４０が起動する。しかし、先ほどと同様に、補助巻線Ｎ３に誘起された電圧によりコンデンサＣ５の充電が開始される前に、時刻ｔ６でコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値Ｖｔ２を下回り、制御回路４０が停止してしまう。

このように、コンデンサＣ５が劣化した状態でスイッチング電源が起動されると、一旦スイッチング電源から出力が出るものの、すぐに制御回路４０が停止して、スイッチング電源からの出力が停止してしまう。

第１の実施形態では、上記のような現象の有無を判定部５０において検知し、スイッチング電源の寿命を検知する。

判定部５０は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上となった後におけるコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値Ｖｔ２以下になった場合に、コンデンサＣ５の異常によるスイッチング電源の寿命であると判定する。制御回路４０の起動前において、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃは、第２閾値Ｖｔ２以下の場合もある。したがって、判定部５０が、任意のタイミングでコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃを検知して、その電圧が第２閾値Ｖｔ１以下である場合にコンデンサＣ５の異常であると判定してしまうと、誤ってコンデンサＣ５の異常であると判定してしまうことがある。

そこで、第１の実施形態では、判定部５０は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上になったことを検知して、検知した後のコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値Ｖｔ２以下になった場合に、コンデンサＣ５の異常によるスイッチング電源の寿命であると判定する。

上記のような判定を行うために、判定部５０は、コンパレータＣＰ１とコンパレータＣＰ２とを有する。

コンパレータＣＰ１の非反転端子は、抵抗ｒ１を介してコンデンサＣ５の一端に接続され、かつ抵抗ｒ２を介して接地される。コンパレータＣＰ１の反転端子は、第１基準電圧源Ｅ１が接続される。コンパレータＣＰ１の出力端子は、コンパレータＣＰ２の電源接続端子に接続される。さらに、コンパレータＣＰ１にヒステリシスを設けるために、コンパレータＣＰ１の非反転端子と出力端子とは、抵抗ｒ３を介して接続される。なお、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上となったことに対応してコンパレータＣＰ１から起動信号が出力されるべく、抵抗ｒ１および抵抗ｒ２の抵抗値が予め設定されている。

このようにコンパレータＣＰ１が構成されることで、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上となったことに対応してコンパレータＣＰ１から起動信号が出力される。また、上記のようにヒステリシスが設けられていることで、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以下となった後も、コンパレータＣＰ１から継続して起動信号が出力される。

一方、コンパレータＣＰ２の非反転端子は、抵抗４を介してコンデンサＣ５の一端に接続され、かつ抵抗ｒ５を介して接地される。コンパレータＣＰ２の反転端子は、第２基準電圧源Ｅ２が接続される。ここで、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値Ｖｔ２以上の場合にコンパレータＣＰ２から出力信号が出力されるべく、抵抗ｒ４および抵抗ｒ５の抵抗値が設定されている。

このようにコンパレータＣＰ２が構成されることで、コンデンサＣ１の電圧が第１閾値以上となったことに対応して、コンパレータＣＰ２が起動する。起動後、コンパレータＣＰ２は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値より大きい場合には、出力信号を継続的に出力する。一方、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値以下となった場合には、出力信号が出力しない。

以上のように判定部５０が構成されることで、コンパレータＣＰ１は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上となったことに対応して起動信号を出力する。コンパレータＣＰ２は、コンパレータＣＰ１から出力された起動信号により起動し、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値Ｖｔ２以下となるまで出力信号を出力し、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値Ｖｔ２以下となった場合に出力信号の出力を停止する。つまり、コンパレータＣＰ２から出力信号の出力が停止したことにより、コンデンサＣ５の異常によるスイッチング電源の寿命であると判定される。

報知部７０は、判定部５０でコンデンサＣ５の異常によるスイッチング電源の寿命であると判定された場合には、例えば、表示部にスイッチング電源の寿命であることを示す情報を表示することで、ユーザにスイッチング電源の寿命を報知する。なお、報知部７０は、判定部５０でコンデンサＣ５の異常と判定した場合に、ユーザにコンデンサＣ５の異常である旨を報知してもよい。

図４は、第２の実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す。第２の実施形態に係るスイッチング電源は、判定部５０が、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値と第２閾値との間の第３閾値以下になった場合に、スイッチング電源の交換時期であると判定する点で、第１の実施形態に係るスイッチング電源と異なる。

上記の通り、第２閾値Ｖｔ２は、制御回路４０が停止してしまう電圧を示す。つまり、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第２閾値Ｖｔ２以下となるとスイッチング電源は正常に起動しない。ユーザによっては、スイッチング電源が正常に起動しないことを未然に防ぐことを希望する場合がある。そこで、第２の実施形態では、判定部５０は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第３閾値以下になった場合に、スイッチング電源の交換時期であると判定し、報知部７０が、スイッチング電源の交換時期を報知することで、スイッチング電源が正常に起動しないことを未然に防ぐことができる。

上記のように判定部５０がスイッチング電源の交換時期であるか否かを判定するために、第２の実施形態に係る判定部５０は、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２に加えて、コンパレータＣＰ３を有する。

コンパレータＣＰ３の電源接続端子には、コンパレータＣＰ１の出力端子から出力される起動信号が入力される。さらに、コンパレータＣＰ３の非反転端子は、抵抗ｒ６を介してコンデンサＣ５の一端に接続され、かつ抵抗ｒ７を介して接地される。コンパレータＣＰ３の反転端子は、第３基準電圧源Ｅ３が接続される。ここで、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第３閾値Ｖｔ３以上の場合にコンパレータＣＰ３から出力信号が出力されるべく、抵抗ｒ６および抵抗ｒ７の抵抗値が設定されている。

このように構成されることで、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上となったことに対応してコンパレータＣＰ１から出力される起動信号に基づいて、コンパレータＣＰ３は起動する。起動後、コンパレータＣＰ３は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第３閾値Ｖｔ３以下になるまで出力信号を出力し、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第３閾値Ｖｔ３以下になった場合に出力信号の出力を停止する。つまり、コンパレータＣＰ３から出力信号の出力が停止したことにより、スイッチング電源の交換時期であると判定される。

報知部７０は、判定部５０スイッチング電源の交換時期であると判定された場合には、表示部にスイッチング電源の交換時期であることを示す情報を表示する。

図５は、第３の実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す。第３の実施形態に係るスイッチング電源は、判定部５０が、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃの単位時間当たりの変化率に基づいてコンデンサＣ５の異常によるスイッチング電源の寿命か否かを判定する点で、第１および第２の実施形態に係るスイッチング電源と異なる。

上記の通り、コンデンサＣ５の劣化が進行している場合、コンデンサＣ５の単位時間あたりの電圧降下率が、正常のコンデンサＣ５の電圧降下率より高くなる。そこで、第３の実施形態では、判定部５０は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃの単位時間当たりの変化率が予め定められた変化率以上となった場合にコンデンサＣ５の異常によるスイッチング電源の寿命であると判定する。

第３の実施形態において、判定部５０は、マイクロコンピュータで構成してもよく、第２補助電源６０からの電力供給を受けて動作する。さらに、起動回路２０の入力側にはスイッチＳ２が設けられる。スイッチＳ２は、判定部５０のスイッチ制御信号に基づいてオンオフ制御される。スイッチＳ２がオンすることで、起動回路２０に交流電源１０からの電力が供給され、起動回路２０により第１補助電源３０のコンデンサＣ５への充電が開始される。

第２補助電源６０はコンデンサを有する。第２補助電源６０は、入力側整流平滑回路１６の一端に接続されている。第２補助電源６０は、起動スイッチがオンされると、交流電源１０からの電力が供給される。コンデンサの電圧が予め定められた閾値以上となると判定部５０が起動する。判定部５０は起動が完了すると、スイッチＳ２をオンして、起動回路２０を起動させる。起動回路２０が起動することで、制御回路４０の電力が供給され、スイッチング素子Ｓ１のオンオフ制御が開始される。第２補助電源６０は、高周波変圧器Ｔの第２補助巻線Ｎ４にも接続されており、スイッチング素子Ｓ１のオンオフ制御により第２補助巻線Ｎ４に誘起された電圧によりコンデンサの充電が継続的に行われる。これにより、第２補助電源６０から判定部５０に継続的に電力が供給される。

さて、判定部５０は、第２補助電源６０からの電力供給を受けて起動した場合、スイッチＳ２をオンするとともに、電圧センサＶを介してコンデンサＣ５の電圧値を順次取得する。次いで、判定部５０は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上になったことを検知すると、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上になった後に取得された複数の電圧値に基づいてコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃの変化率を算出する。例えば、判定部５０は、電圧センサＶを介してコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃが第１閾値Ｖｔ１以上になった後の時刻Ｔ１におけるコンデンサＣ５の電圧値Ｖ１と、時刻Ｔ２におけるコンデンサＣ５の電圧値Ｖ２を取得する。次いで、判定部５０は、｜Ｖ２−Ｖ１｜／｜Ｔ２−Ｔ１｜を算出することで、単位時間当たりの変化率を算出する。さらに、判定部５０は、算出された変化率が、予め定められた変化率以上かどうかを判定する。判定部５０は、算出された変化率が、予め定められた変化率以上である場合、コンデンサＣ５の異常によるスイッチング電源の寿命であると判定する。

上記の通り、判定部５０は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃの単位時間当たりの変化率に基づいてスイッチング電源の寿命判定を行ってもよい。

以上、上記の各実施形態では、報知部７０は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃに基づいて判定されたコンデンサＣ５の異常によるスイッチング電源の異常、またはスイッチング電源の交換時期を報知する例について説明した。

しかし、報知部７０は、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃに基づいて判定されたスイッチング電源の交換時期であることを報知することに加えて、スイッチング電源の合計稼働時間および周囲温度に基づいて推定されたコンデンサＣ５の残寿命が予め定められた基準残寿命以下となった場合にも、スイッチング電源の交換時期であることを報知してもよい。このようにそれぞれ異なるパラメータに基づいてスイッチング電源の交換時期を検知あるいは予測することで、コンデンサＣ５の劣化によるスイッチング電源の交換時期であるにも関わらず、ユーザに報知されないことを防ぐことができる。また、ユーザは、コンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃに基づく判定結果と、合計稼働時間および周囲温度に基づく推定結果とをそれぞれ考慮して、スイッチング電源の交換時期を判断することができる。よって、ユーザがスイッチング電源の交換時期を判断する指標をより多く提供することができる。

この場合、スイッチング電源は、合計稼働時間および周囲温度に基づいてコンデンサＣ５の残寿命を推定する推定部を備える。推定部は、合計稼働時間および周囲温度に基づいてコンデンサＣ５の残寿命を推定する周知のプログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータにより構成してもよい。なお、推定部は、合計稼動時間のみに基づいてコンデンサＣ５の残寿命を推定してもよい。

また、報知部７０は、判定部５０によりコンデンサＣ５の電圧Ｖｃｃに基づいてスイッチング電源の交換時期であると判定され、かつ合計稼働時間および周囲温度に基づいて推定部によりスイッチング電源の交換時期であると推定された場合にのみ、スイッチング電源の交換時期であることをユーザに報知してもよい。

上記のように、合計稼働時間および周囲温度に基づいて推定されるコンデンサＣ５の劣化によるスイッチング電源の交換時期は予測であるので、予測された交換時期に誤差が生じることがある。したがって、合計稼働時間および周囲温度に基づいて推定された交換時期に基づいてスイッチング電源が交換された場合、コンデンサＣ５の寿命が残っておりまだ継続してスイッチング電源を使用できる状態でも、スイッチング電源の交換が行われてしまうことがある。そこで、上記のように、判定部５０の判定結果と推定部の推定結果がともにスイッチング電源の交換時期を示す場合のみ、スイッチング電源の交換時期であることをユーザに報知することで、まだ継続して使用できるスイッチング電源が不用意に交換されることを抑制することができる。

また、判定部５０の判定に誤りがあったとしても、推定部による推定の結果がスイッチング電源の交換時期でないことを示す場合には、ユーザにスイッチング電源の交換時期であることが報知されない。よって、この場合にも、まだ継続して使用できるスイッチング電源が不用意に交換されることを抑制することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 交流電源
１２ ノイズフィルタ
１４ 整流回路
１６ 入力側整流平滑回路
１８ 出力側整流平滑回路
２０ 起動回路
３０ 第１補助電源
３２ 補助側整流平滑回路
４０ 制御回路
５０ 判定部
６０ 第２補助電源
７０ 報知部
Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｃ４ 平滑コンデンサ
Ｃ５ コンデンサ
ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３ コンパレータ
Ｎ１ １次巻線
Ｎ２ ２次巻線
Ｎ３ 第１補助巻線
Ｎ４ 第２補助巻線
Ｓ１ スイッチング素子
Ｓ２ スイッチ

Claims (10)

1. スイッチング電源であって、
   コンデンサの電圧が第１閾値以上となった場合に変圧器の１次巻線に接続されたスイッチング素子のオンオフ制御を開始させ、前記オンオフ制御により前記変圧器の２次巻線および第１補助巻線に電圧を誘起させ、前記コンデンサの電圧が前記第１閾値より小さい第２閾値以下となった場合に前記オンオフ制御を停止させる制御回路と、
   電源からの電圧により前記コンデンサを充電する起動回路と、
   前記第１補助巻線に誘起された電圧により前記コンデンサを充電する第１補助電源と、
   前記コンデンサの電圧が前記第１閾値以上になった後の前記コンデンサの電圧に基づいて前記スイッチング電源の寿命を判定する判定部と、
   を備えるスイッチング電源。
2. 前記判定部は、前記コンデンサの電圧が前記第１閾値以上になった後の前記コンデンサの電圧が前記第２閾値以下となった場合に、前記スイッチング電源の寿命と判定する、
   請求項１に記載のスイッチング電源。
3. 前記判定部は、前記コンデンサの電圧が前記第１閾値以上になった後の前記コンデンサの電圧が前記第１閾値と前記第２閾値との間の第３閾値以下となった場合に、前記スイッチング電源の交換時期であると判定する、
   請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源。
4. 前記判定部は、
   前記第１閾値に対応する第１基準電圧が入力される第１基準電圧入力端子と、前記コンデンサの電圧に対応する電圧が入力される第１コンデンサ電圧入力端子と、前記第１コンデンサ電圧入力端子に入力される電圧が前記第１基準電圧を超えたことに対応して起動信号を出力する第１出力端子とを有する第１コンパレータと、
   前記第１出力端子から出力される起動信号により動作し、前記第２閾値に対応する第２基準電圧が入力される第２基準電圧入力端子と、前記コンデンサの電圧に対応する電圧が入力される第２コンデンサ電圧入力端子と、前記第２コンデンサ電圧入力端子に入力される電圧が前記第２基準電圧以下となった場合に、前記スイッチング電源の寿命を示す信号を出力する第２出力端子とを有する第２コンパレータと、を含む
   請求項２または請求項３に記載のスイッチング電源。
5. 前記判定部は、
   前記第１出力端子から出力される起動信号により動作し、前記第１閾値と前記第２閾値との間の第３閾値に対応する第３基準電圧が入力される第３基準電圧入力端子と、前記コンデンサの電圧に対応する電圧が入力される第３コンデンサ電圧入力端子と、前記第３コンデンサ電圧入力端子に入力される電圧が前記第３基準電圧以下となった場合に、前記スイッチング電源の交換時期であることを示す信号を出力する第３出力端子とを有する第３コンパレータをさらに含む
   請求項４に記載のスイッチング電源。
6. 前記判定部は、前記コンデンサの電圧が前記第１閾値以上になった後の前記コンデンサの電圧の単位時間当たりの変化率が予め定められた変化率以上となった場合に、前記スイッチング電源の寿命であると判定する、
   請求項１に記載のスイッチング電源。
7. 前記電源からの電圧により前記判定部を起動させ、さらに前記変圧器の第２補助巻線に誘起された電圧に基づいて前記判定部の動作を継続させる第２補助電源をさらに備え、
   前記判定部は、前記第２補助電源からの電力に基づいて起動したことに対応して前記起動回路を作動させる請求項６に記載のスイッチング電源。
8. 前記スイッチング電源の合計稼働時間に基づいて前記スイッチング電源の交換時期を推定する推定部をさらに備える、
   請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のスイッチング電源。
9. 前記スイッチング電源の合計稼働時間に基づいて前記スイッチング電源の交換時期を推定する推定部と、
   前記判定部による判定結果が、前記スイッチング電源の交換時期であることを示し、かつ前記推定部による推定の結果が前記スイッチング電源の交換時期であることを示す場合に、前記スイッチング電源の交換時期であることを外部に報知する報知部と、
   をさらに備える請求項３または請求項５に記載のスイッチング電源。
10. 前記電源からの電流を平滑化する第１コンデンサと、
    前記２次巻線から出力される電流を平滑化する第２コンデンサと、
    をさらに備え、
    前記コンデンサに対して予め定められた推定寿命は、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサに対して予め定められた推定寿命より短い、
    請求項１から請求項９のいずれか１つに記載のスイッチング電源。

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