JP2014011872A - 電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のコンデンサの異常診断装置では、コンデンサの充電時の充電時間と充電電圧の関係は電源電圧により変動するため、電源電圧が変動した場合は正しく判定できなかった。
【解決手段】監視対象となる電力用コンデンサ１と判定基準となるコンデンサ１１を電力用コンデンサ１の充電状態と基準コンデンサ１１の充電状態をもとに電気的に並列接続または切り離す回路３、１７、基準コンデンサ１１と電源４を電力用コンデンサ１の充電状態と基準コンデンサ１１の充電状態をもとに接続または切り離す回路１４、電力用コンデンサ１の充電電圧がその基準電圧に達したことを検出する回路８、基準コンデンサ１１の充電電圧がその基準電圧に達したことを検出する回路２２、電力用コンデンサ１の充電電圧がその基準電圧に達した時間と基準コンデンサ１１の充電電圧がその基準電圧に達した時間を比較しコンデンサの異常を診断する回路１０を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器に組み込まれる電力用コンデンサを充電する装置において、この電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置に関する。

従来のコンデンサの異常診断装置においては、コンデンサの両端電圧値と閥値とを比較して該閥値を充電開始時におけるコンデンサの両端電圧値（初期値）を検出する検出手段と、該初期値に基づき、閥値を該初期値以上に可変設定して、この可変された閥値と、充電開始後におけるコンデンサの両端電圧値とを比較してコンデンサの異常を診断する診断手段とを備える。（例えば、特許文献１参照）

特開平６−２０７９５９号公報（［０００７］、［０００８］、図１）

従来のコンデンサの異常診断装置では、コンデンサの充電時の充電時間と充電電圧の関係を判定基準とし、充電時のコンデンサ充電電圧をＡ／Ｄコンバータで検出した後、マイクロコンピュータにより判定基準と比較しコンデンサの劣化を検出している。しかし、コンデンサの充電時の充電時間と充電電圧の関係は電源電圧により変動するため、電源電圧が変動した場合は正しく判定することができないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、コンデンサの充電電圧が変動しても正しくコンデンサの異常を診断することができる電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置を得ようとするものである。

本発明に係る電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置は、監視対象となる電力用コンデンサ、判定基準となる基準コンデンサ、前記電力用コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達したことを検出する回路、前記基準コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達したことを検出する回路、及び前記電力用コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達した時間と前記基準コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達した時間を比較し前記電力用コンデンサの異常を診断する診断手段を備えたものである。

本発明は以上説明したように、監視対象となる電力用コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達した時間と基準コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達した時間を比較し電力用コンデンサの異常を診断する診断手段を備えることにより、電力用コンデンサの充電電圧が変動しても正しくコンデンサの異状を診断することができる。このため、電力用コンデンサに蓄えた電荷を駆動コイルに放電させた後の再充電時においてもコンデンサの異常を診断することができる。

本発明の実施の形態１を示す電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置のブロック図である。 本発明の電力用コンデンサの充電カーブと基準コンデンサの充電カーブの関係を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２を示す電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置のブロック図である。 本発明の電力用コンデンサが組み込まれる開閉装置の一例を示す図で、（ａ)は正面図、（ｂ）は側面図を示す。 本発明のコンデンサの充電カーブとスイッチ制御回路と検出時間比較の関係を示すタイミングチャート（電源投入時）である。 本発明のコンデンサの充電カーブとスイッチ制御回路と検出時間比較の関係を示すタイミングチャート（駆動コイル放電時）である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置のブロック図である。図１において、電力用コンデンサ１は充電抵抗２に接続してあり、第１のスイッチ３をオンすることにより電源４からダイオード５を通じて充電される。電力用コンデンサ１の充電電圧は分圧抵抗６と分圧抵抗７により分圧され第１のコンパレータ８に入力され、第１の基準電圧９と比較される。第１のコンパレータ８は電力用コンデンサ１の充電電圧がその基準電圧に達したことを検出する回路を構成する。第１の基準電圧９は電力用コンデンサ１の目標とする充電完了電圧を分圧抵抗６と分圧抵抗７と同じ分圧比で分圧した場合の電圧と同じ値に設定する。第１のコンパレータ８はこの比較結果を電力用コンデンサ１の充電状態信号として、検出時間比較回路１０へ出力する。検出時間比較回路１０は電力用コンデンサ１の充電電圧がその基準電圧に達した時間と基準コンデンサ１１の充電電圧がその基準電圧に達した時間を比較し電力用コンデンサ１の異常を診断する診断手段を構成する。第１のコンパレータ８の出力は充電完了時にハイレベル、充電未完了時にローレベルとなる。
なお、ここで、ダイオード５、第１のスイッチ３、充電抵抗２、電力用コンデンサ１は第１の回路を構成する。

基準コンデンサ１１は充電抵抗２３に接続してあり、基準コンデンサ１１と電源４を電力用コンデンサ１の充電状態と基準コンデンサ１１の充電状態をもとに接続または切り離す回路である第２のスイッチ１４をオンすることにより電源４からダイオード１５を通じて充電される。基準コンデンサ１１の充電電圧は分圧抵抗１２と分圧抵抗１３により分圧され、第２のコンパレータ２２に入力され、第２の基準電圧１６と比較される。第２のコンパレータ２２は基準コンデンサ１１の充電電圧がその基準電圧に達したことを検出する回路を構成する。分圧抵抗１２と分圧抵抗１３の分圧比は、電力用コンデンサ１側に設けた分圧抵抗６と分圧抵抗７の分圧比と同じにする。第２の基準電圧１６は電力用コンデンサ１の目標とする充電完了電圧を分圧抵抗６と分圧抵抗７と同じ分圧比で分圧した場合の電圧と同じ値に設定する。第２のコンパレータ２２は基準コンデンサ１１の充電電圧と第２の基準電圧１６の比較結果を基準コンデンサ１１の充電状態信号として検出時間比較回路１０へ出力する。第２のコンパレータ２２の出力は基準コンデンサ１１の充電完了時にハイレベル、充電未完了時にローレベルとなる。
なお、ここで、ダイオード１５、第２のスイッチ１４、基準コンデンサ１１、分圧抵抗１２、分圧抵抗１３は第２の回路を構成する。

電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１は電力用コンデン１サの充電状態と基準コンデンサ１１の充電状態をもとに両コンデンサを電気的に接続または切り離す回路である第３のスイッチ１７がオンすると、保護抵抗１８を通じて並列接続される。電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１は第３のスイッチ１７がオフすると切り離される。スイッチ制御回路１９は、第１のコンパレータ８の出力する電力用コンデンサ１の充電状態信号Ａと第２のコンパレータ２２が出力する基準コンデンサ１１の充電状態信号Ｂをもとに第１のスイッチ３、第２のスイッチ１４、第３のスイッチ１７を制御する。

電力用コンデンサ１は第４のスイッチ２０をオンすると、駆動コイル２１に接続される。スイッチ制御回路１９は、駆動コイル動作指令信号Ｄと電力用コンデンサ１の充電状態信号Ａをもとに第４のスイッチ２０を制御する。ここで駆動コイル２１は図４に示すような電力用の真空遮断器の電磁操作機構用の駆動コイルであり、真空遮断器の開閉を電磁気的な吸引により行うためのものである。駆動コイル動作指令とは電力用コンデンサ１に蓄えた電荷を駆動コイル２１へ放電を要求する電気信号である。
真空遮断器は、駆動コイル動作指令が入力されると電力用コンデンサ１に蓄えられた電荷が第４のスイッチ２０を介して駆動コイル２１に供給される。その結果、駆動コイル２１が付勢されることによって真空遮断器の接点が開閉されて、この真空遮断器に接続されたモータ等の負荷（図示せず）と負荷に電力を供給する電力系統（図示せず）との開閉動作が行われる。
上記では、組み込む機器を真空遮断器を例に説明したが、繰り返し充電される電力用コンデンサが組み込まれた機器であれば、真空遮断器に限定されることはなく電磁接触器でも良く、本発明の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置をその機器に組み込むことにより、充電するための電源の出力電圧が変動しても組み込まれた電力用コンデンサの異常を診断できることは言うまでもない。

検出時間比較回路１０は、論理素子等で構成され、第１のコンパレータ８と第２のコンパレータ２２の出力の時間差を比較することにより、電力用コンデンサ１の異常をコンデンサ異状検出信号Ｃとして出力する。

このように構成された電力用コンデンサ１の異常診断機能付充電装置において、まずコンデンサ充電用の電源投入時における電力用コンデンサ１の異常診断動作について説明する。
図５に示すように、電源投入する前は第３のスイッチ１７がオン状態になっている。第３のスイッチ１７には例えばリレー接点のｂ接点を使用する。電力用コンデンサ１の初期充電電圧を（Ｖ１）とすると、スイッチ１７にリレー接点のｂ接点を用いることにより電源投入前は電力用コンデンサ１の充電電圧と基準コンデンサ１１の充電電圧は同じ（Ｖ１）となっている。ここで、電力用コンデンサ１の初期充電電圧（Ｖ１）は、図５では、０Ｖより大きい値を設定しているが、０Ｖでも良く、この場合は充電時間を大きく出来て、精度良く電力用コンデンサ１の異常を診断出来る。
電源が投入されると同時に、スイッチ制御回路１９は第３のスイッチ１７をオフする。さらに、電源が投入された時点において第１のコンパレータ８により電力用コンデンサ１の初期充電電圧が分圧抵抗６と分圧抵抗７で分圧された電圧が第１の基準電圧９よりも小さい場合は、第１のコンパレータ８は電力用コンデンサ１の充電状態が充電未完と判定してローレベルの充電状態信号を出力する。この充電状態信号は、スイッチ制御回路１９に入力され、スイッチ制御回路１９によって第１のスイッチ３がオンされる。その結果、電源４からダイオード５を介して電力用コンデンサ１に電力が供給され、電力用コンデンサ１の充電が開始される。この時、第１のスイッチ３と同時に第２のスイッチ１４がオンされ、基準コンデンサ１１も充電される。

電力用コンデンサ１が正常で容量劣化していない場合は、後述するように電力用コンデンサ１の時定数が、基準コンデンサ１１の時定数より大きいため、基準コンデンサ１１が充電完了検出電圧（Ｖｄ）に到達し、第２のコンパレータ２２の出力が第１のコンパレータ８の出力より先にハイレベルとなる。第１のコンパレータ８の出力は、電力用コンデンサ１の出力が充電完了検出電圧（Ｖｄ）に到達するとハイレベルになる。第１のコンパレータ８と第２のコンパレータ２２の出力の両方がハイレベルとなった時点で第２のスイッチ１４をオフ、第３のスイッチ１７をオンし、電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１を並列接続状態とする。なお、第２のコンパレータ２２の方が第１のコンパレータ８よりも先にハイレベルとなったので、検出時間比較回路１０からはコンデンサ異常検出信号は出力されない。以上のように、本実施の形態の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置は、電力用コンデンサ１の充電を行うのと併せて、電力用コンデンサ１の異常が無いことを診断することができる。

電力用コンデンサ１が容量劣化している場合は、電力用コンデンサ１が充電完了検出電圧（Ｖｄ）に到達し、第１のコンパレータ８の出力が第２のコンパレータ２２の出力より先にハイレベルとなる。検出時間比較回路１０は、第１のコンパレータ８の出力が第２のコンパレータ２２の出力より図５に示すように時間Ｔｂだけ先にハイレベルとなった状態が所定の時間経過後、コンデンサ異常検出信号Ｃを出力する。ここで、検出時間比較回路１０はコンデンサ異常検出信号として異常の有無をデジタル信号として出力するほかに、時間Ｔｂの長さに応じて劣化の度合いを電圧レベル等のアナログ出力することもできる。

電源投入時の電力用コンデンサ１の充電カーブは図２の充電曲線Ｌ１に示すように、充電抵抗２の抵抗値Ｒ１と電力用コンデンサ１の静電容量Ｃ１により決まる時定数τ１に基づき指数関数的に上昇する。真空遮断器の動作保証は電源電圧の７５％が下限であり、これに１０％のマージンを見込んで、電力用コンデンサ１の充電完了電圧を電源電圧の６５％に設定した場合、電力用コンデンサ１の正常時の充電完了時間ｔ１は次式により求まる。ここで電源電圧はＶiとする。
τ１＝Ｃ１×Ｒ１ （式１）
ｔ１＝−τ１×ln（（１００−６５）／（１００−Ｖ１／Ｖi）） （式２）

電力用コンデンサ１は大容量、例えば５０ｍＦ程度が必要とされるため、一般的に電解コンデンサを使用する。電解コンデンサは使用時間が長くなるとコンデンサの容量抜けが発生し、静電容量Ｃ１が減少する。また高温環境下ではこの容量抜けが早まり、充放電を繰り返す電力用コンデンサにおいては、充放電電流による自己発熱のため容量抜けが加速される傾向にある。静電容量が減少した電力用コンデンサ１の充電カーブを図２に充電曲線Ｌ３として示す。静電容量Ｃ１が減少するため、コンデンサ劣化時の充電完了時間t３はt１より短い値となる。

一方、基準コンデンサ１１は電力用コンデンサ１に比べ小容量、例えば１０μＦ程度のものを使用する。基準コンデンサ１１の充電抵抗２３を電力用コンデンサ１の充電抵抗２に比べ大きな値とすることにより、電力用コンデンサ１の充電時定数と近い値とする。基準コンデンサ１１は小容量にすることにより、静電容量許容差の少ない、温度による特性バラツキの少ない、寿命特性のよい、無極性の部品、例えばフィルムコンデンサを使用することができる。また小容量であることにより、コンデンサの充電時、放電時の電力損失は電力用コンデンサに比べ少なく、発熱による寿命劣化が少ない。

基準コンデンサ１１の充電カーブは、図２の充電曲線Ｌ２に示すように、充電抵抗２３の抵抗値Ｒ２と基準コンデンサ１１の静電容量Ｃ２により決まる時定数τ２に基づき指数関数的に上昇する。
基準コンデンサ１１の充電完了電圧を電力用コンデンサと同じく電源電圧の６５％に設定した場合、基準コンデンサ１１の充電完了時間ｔ２は次式により求まる。
τ２＝Ｃ２×Ｒ２ （式３）
ｔ２＝−τ２×ln（（１００−６５）／（１００−Ｖ１／Ｖi）） （式４）

電力用コンデンサ１の静電容量許容差は、電解コンデンサであるため一般的に±１０％程度である。従って、劣化検出容量判定値の上限値は電力用コンデンサ１が新品のときの初期値において異常と判定しないため、初期値のバラツキにマージンをもたせた容量以下になったとき異常を検出する値にする。また劣化検出容量判定値の下限値は電力用コンデンサ１の最低必要容量にマージンを加算した値とする。また、機器の製品寿命内に予測される電力用コンデンサ１の容量劣化が最低必要容量を下回らないよう電力用コンデンサ１の初期値を決める。

例えば、劣化検出容量判定値の上限値のマージンを１０％とった場合、上記の電解コンデンサの静電容量許容差の±１０％の内下限である−１０％と合わせて上限値は８０％となる。実験により駆動コイル２１を安定に動作させるために初期値の最低５０％の静電容量が必要となった場合、マージンを１０％みて下限値は６０％に設定する。
例えば、劣化検出容量判定値は上限と下限の間をとって７０％に設定する場合、基準コンデンサ１１の時定数τ２をτ１の７０％となるよう設定する。このように時定数を設定した基準コンデンサ１１の充電曲線はＬ２になる。

電力用コンデンサ１の充電抵抗２の経年変化や温度変化は、電力用コンデンサ１の経年変化や温度変化に比べ小さいため無視できる。充電抵抗２は固定値であるため、電力用コンデンサ１の容量劣化に比例して時定数が変化する。従って（式２）より充電完了時間は電力用コンデンサ１の容量に比例する。
本発明では電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１の電源電圧、充電完了電圧、初期充電電圧が同じとなるよう上述の回路構成とすることにより、（式２）（式４）より、電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１の充電完了時間の比較は時定数の比較と同じになる。

図２において検出時間比較回路１０により電力用コンデンサ１が電源電圧の６５％に到達する時間である充電完了時間ｔ１が基準コンデンサ１１の充電完了時間のt２未満になることを検出することにより電力用コンデンサ１の時定数が基準コンデンサ１１の時定数未満になったこと、即ち容量が減少したことを検出することができる。
また、充電完了時間を比較することにより、電源４の出力電圧が変動したとしても、電力用コンデンサ１の異常の有無を診断することができる。具体例としては、電力用コンデンサ１の充電完了電圧に到達するまでの時間が基準コンデンサ１１の充電完了電圧に到達するまでの時間よりも所定量短くなった場合には、電力用コンデンサ１の容量抜けの異常が発生したと診断することができる。

電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１は同じ電源４で充電されるため、充電完了電圧も同じ値となる。従って、分圧抵抗６と分圧抵抗７の分圧比と、分圧抵抗１２と分圧抵抗１３の分圧比は同じに設定する。この場合、第１のコンパレータ８の第１の基準電圧９と第２のコンパレータ２２の第２の基準電圧１６は同じ値とする。例えば分圧抵抗６の抵抗値をＲａ、分圧抵抗７の抵抗値をＲｂ、充電完了電圧をＶｄとした場合、第１の基準電圧９と第２の基準電圧１６の電圧Ｖｒは次式となる。
Ｖｒ＝Ｖｄ×Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ） （式５）
また、分圧抵抗１２の抵抗値をＲｃ、分圧抵抗１３の抵抗値をＲｄとした場合、第１の基準電圧９と第２の基準電圧１６の電圧Ｖｒは次式となる。
Ｖｒ＝Ｖｄ×Ｒｄ／（Ｒｃ＋Ｒｄ） （式６）

また、上述の回路構成により、駆動コイル２１に第４のスイッチ２０をオンして電力用コンデンサ１の電荷を放電した後の再充電時においても、電力用コンデンサ１の静電容量の劣化を検出することができる。電源投入後、電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１が充電完了した後、第３のスイッチ１７をオンする。第３のスイッチ１７をオンすることにより、電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１は保護抵抗１８を通じて同電位に保たれている。

駆動コイル動作指令Ｄが外部からスイッチ制御回路１９に入力された時の動作を図６のタイミングチャートに示す。スイッチ制御回路１９は第１のスイッチ３、第２のスイッチ１４をオフ、第４のスイッチ２０をオンする。第４のスイッチ２０がオンすることにより、電力用コンデンサ１から駆動コイル２１に電荷が放出され電力用コンデンサ１の電圧が降下する。この時、電力用コンデンサ１に保護抵抗１８を介して並列接続してある基準コンデンサ１１も電圧降下し電力用コンデンサ１と同電位となる。つぎに、第４のスイッチ２０をオフし駆動コイル２１への通電が終了した後、第１のコンパレータ８により電力用コンデンサ１の充電状態が充電未完と判定し、第１のスイッチ３、第２のスイッチ１４をオン、第３のスイッチ１７をオフし電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１の充電を開始する。

以上のスイッチ操作により、上述の電源投入時の異常診断動作と同じように充電開始時の電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１の初期電圧は同じ（Ｖ２）となる。よって電源投入時と同じく、検出時間比較回路１０により電力用コンデンサ１の充電完了時間と基準コンデンサ１１の充電完了時間を比較し、図２に示すようにｔ２未満になることを検出することにより電力用コンデンサ１の時定数が基準コンデンサ１１の時定数未満になったこと、即ち容量が減少したことを検出することができる。
以上のように、本実施の形態の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置が組み込まれた開閉装置（真空遮断器）は、電力用コンデンサ１に異常が無い場合は、電力用コンデンサ１の異常が無いとの診断後に、開閉動作を行うための駆動コイル動作指令が入力されると、第４のスイッチ２０がオンとなって電力用コンデンサ１に蓄えられた電荷が駆動コイル２１に供給されることになる。さらに、電力用コンデンサ１が充電未完と判定されると、電力用コンデンサ１の異常診断を行いながら、充電動作を実施する。また、本実施の形態の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置が組み込まれた開閉装置（真空遮断器）は、電力用コンデンサ１に異常がある場合は、電力用コンデンサ１が異常であるというコンデンサ異常検出信号を受け取って、例えば、電力用コンデンサ１の新品交換を促すようなアラームを発報する。または、コンデンサ異常検出信号から劣化の度合いをアナログ信号として受け、劣化の度合いに応じて電力用コンデンサ１の新品交換の緊急度をアラームをレベル分けして発報する。
以上のように、本実施の形態の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置が組み込まれた例えば開閉装置（真空遮断器）等の機器は、出力用コンデンサの異常診断機能付充電装置が上記のとおり電力用コンデンサ１と基準コンデンサ１１とを比較するように構成されているので、充電するための電源の出力電圧が変動しても電力用コンデンサ１の異常を診断できるという格別なる特徴を有する。

以上では電力用コンデンサ１の異常として、高温環境下での使用で一番厳しくなる容量抜けの場合を例にとって説明したが、異常判定を容量に代えて例えば図２の縦軸に示す充電率の値とし、基準コンデンサの充電率での比較に基づいて異常を診断するようにすれば、電力用コンデンサの漏れ電流が増加する絶縁異常や、損失が増加する誘電損失異常が診断できる等、基準コンデンサとの特性比較を行うことにより、他の異常についても診断できるようになる。

実施の形態２．
図３は上記実施の形態１の基準コンデンサ１１の分圧回路の他の実施形態を示すものである。実施の形態１では基準コンデンサ１１に並列に分圧抵抗１２と分圧抵抗１３を接続していたが、基準コンデンサ１１の充電電流の一部が分圧抵抗１２、分圧抵抗１３に流れるため、分圧抵抗１２、分圧抵抗１３の抵抗値を計測精度に影響のない程度に大きくする必要があり、容量の小さい基準コンデンサ１１の充電電圧を精度良く測定するためには、高抵抗かつ高精度の分圧抵抗を用いる必要があった。

図３の構成では、基準コンデンサ１１に並列に分圧抵抗を接続しないため、分圧抵抗に電流が流れないため、より精度のよい劣化検出が可能となる。
基準コンデンサ１１は充電抵抗２４と充電抵抗２５を介してグランドに接続され、第２のスイッチ１４がオンすると電源４からダイオード１５を通じて充電される。充電抵抗２４と充電抵抗２５の合成抵抗値は実質の充電抵抗値となり、充電抵抗値と基準コンデンサ１１の静電容量からなる時定数τ２は実施例１と同じ要領で設定する。

反転レベルシフト回路２６の入力は電源４の電圧Ｖｉから基準コンデンサ１１の充電電圧Ｖｃを引いた値を充電抵抗２４と充電抵抗２５で分圧することになるから、充電抵抗２４の抵抗値をＲｃ、充電抵抗２５の抵抗値をＲｄとした場合、反転レベルシフト回路２６への入力電圧Ｖｓは次式となる。
Ｖｓ＝（Ｖｉ−Ｖｃ）×Ｒｄ／（Ｒｃ＋Ｒｄ） （式７）
従って、分圧後の電圧Ｖｓからもとの基準コンデンサの充電電圧Ｖｃを取り出すには次式となる。
Ｖｃ＝Ｖｉ−Ｖｓ×（Ｒｃ＋Ｒｄ）／Ｒｄ （式８）
例えば、第１のコンパレータ８の第１の基準電圧９と第２のコンパレータ２２の第２の基準電圧１６の電圧を同じ値に設定した場合、分圧抵抗６と分圧抵抗７、充電抵抗２４と充電抵抗２５の分圧比を同じにする必要がある。
Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）＝Ｒｄ／（Ｒｃ＋Ｒｄ） （式９）
上式において、各符号の意味は次の通りである。Ｒａ：分圧抵抗６の抵抗値，Ｒｂ：分圧抵抗７の抵抗値である。
基準コンデンサ１１の充電電圧Ｖｃを電力用コンデンサ１の分圧抵抗６と分圧抵抗７の分圧比と同じ分圧比で掛けた値を取り出すには次式となる。
Ｖｃ×Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）＝−Ｖｓ＋Ｖｉ×Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ） （式１０）
よって、反転レベルシフト回路２６は上式に基づいて構成されており、上式の通り、Ｖｓの反転した信号にＶｉ×Ｒb／（Ｒａ＋Ｒｂ）を加算するようになっている。これはＯＰアンプなどで容易に実現可能である。
以上のように基準コンデンサ１１に並列に分圧抵抗を接続しないため、分圧抵抗に電流が流れないため、より精度のよい劣化検出が可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 電力用コンデンサ、２ 充電抵抗、３ 第１のスイッチ、４ 電源、５ ダイオード、６ 分圧抵抗、７ 分圧抵抗、８ 第１のコンパレータ、９ 第１の基準電圧、１１ 基準コンデンサ、１２ 分圧抵抗、１３ 分圧抵抗、１４ 第２のスイッチ、１５ ダイオード、１６ 第２の基準電圧、１７ 第３のスイッチ、１８ 保護抵抗、１９ スイッチ制御回路、２０ 第４のスイッチ、２１ 駆動コイル、２２ 第２のコンパレータ、２３ 充電抵抗、２４ 充電抵抗、２５ 充電抵抗、２６ 反転レベルシフト回路、Ａ 電力用コンデンサ充電状態信号、Ｂ 基準コンデンサ充電状態信号、Ｃ コンデンサ異常検出信号、Ｄ 駆動コイル動作指令。

Claims (10)

1. 監視対象となる電力用コンデンサ、前記電力用コンデンサに電気的に並列に接続された判定基準となる基準コンデンサ、前記電力用コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達したことを検出する回路、前記基準コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達したことを検出する回路、及び前記電力用コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達した時間と前記基準コンデンサの充電電圧がその基準電圧に達した時間を比較し前記電力用コンデンサの異常を診断する診断手段を備えたことを特徴とする電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
2. 前記電力用コンデンサの充電状態と前記基準コンデンサの充電状態をもとに前記両コンデンサを電気的に並列接続するかまたは切り離す回路、前記基準コンデンサと電源を前記電力用コンデンサの充電状態と前記基準コンデンサの充電状態をもとに接続または切り離す回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
3. 前記両コンデンサを電気的に並列接続するかまたは切り離す回路と、前記基準コンデンサと電源を前記電力用コンデンサの充電状態と前記基準コンデンサの充電状態をもとに接続または切り離す回路とは、半導体スイッチにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
4. 前記両コンデンサを電気的に並列接続するかまたは切り離す回路と、前記基準コンデンサと電源を前記電力用コンデンサの充電状態と前記基準コンデンサの充電状態をもとに接続または切り離す回路とは、リレー接点により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
5. 前記電力用コンデンサの充電完了後、前記電力用コンデンサと電源が電気的に切り離され、コンデンサのリーク電流や接続される回路抵抗による電圧降下後の再充電時においても前記電力用コンデンサの異常を診断することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
6. 電源オフ時または前記電力用コンデンサの充電完了後、前記基準コンデンサの充電完了後は、前記電力用コンデンサと前記基準コンデンサを並列接続する回路とすることにより、前記電力用コンデンサに電荷が残っている状態での電源投入時および電力用コンデンサに蓄えた電荷を駆動コイルに放電させた後の再充電時においても前記電力用コンデンサの異常を診断することを可能にすることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
7. 前記電力用コンデンサの容量とその充電抵抗による時定数と前記基準コンデンサとその充電抵抗による時定数を比較することにより、前記基準コンデンサの充電抵抗を大きくするとともに、前記基準コンデンサの容量を小さくすることを可能としたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
8. ダイオードと第１のスイッチと充電抵抗と監視対象の電力用コンデンサを介して電源に接続された第１の回路、ダイオードと第２のスイッチと基準コンデンサと充電抵抗を介して前記電源と接続された第２の回路、前記第１の回路の前記電力用コンデンサの電圧を分圧して第１のコンパレータに導く回路、前記基準コンデンサと接続された充電抵抗の出力を第２のコンパレータに導く回路、及び前記電力用コンデンサの充電状態信号を示す前記第１のコンパレータの出力と前記基準コンデンサの充電状態信号を示す前記第２のコンパレータの出力とを比較し、前記電力用コンデンサの異常を検出するようにした電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
9. 前記第２の回路において、前記基準コンデンサと前記充電抵抗は直列に接続され、前記充電抵抗は直列に接続された２つの抵抗からなり、前記２つの抵抗の接続点から反転レベルシフト回路を介して前記第２のコンパレータに入力されるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。
10. 前記診断手段は、論理素子により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の電力用コンデンサの異常診断機能付充電装置。

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