JP2015082913A

JP2015082913A - 電源供給装置

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Publication number: JP2015082913A
Application number: JP2013220116A
Authority: JP
Inventors: 飴井　俊裕; Toshihiro Amei; 俊裕飴井
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-04-27
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: CN104578041B; JP5594419B1; CN104578041A

Abstract

【課題】負荷装置と接続するコネクタのコンタント間に微摺動摩耗が生じた場合に、確実にこれを検知する電源供給装置を提供する。【解決手段】微摺動摩耗により出力電源線に流れる出力電流Ｉｏｕｔに表れる摺動電流は、１ｍｓｅｃ以内の周期で繰り返して表れる特徴を有するので、出力電流Ｉｏｕｔから最大１ｍｓｅｃに設定する摺動判定周期以下の周期で電流値が変化する摺動電流を検出し、始めに摺動電流を検出した時から開始される監視期間内に、摺動電流を検出する毎にその摺動電流の電流値を積算し、監視期間内に積算した摺動積算値が監視閾値を越える場合を、微摺動摩耗の発生と判定する。これにより、負荷装置と接続するコネクタの微摺動摩耗による接続異常を、電源供給装置側から検知できる。【選択図】図１

Description

本発明は、一対の出力電源線に接続するコネクタを介して負荷装置へ安定した直流電圧の直流電源を供給する電源供給装置に関し、更に詳しくは、コネクタの接点に発生する微摺動摩耗を電源供給装置側から監視する電源供給装置に関する。

電源供給装置は、交流電源や不安定な直流電圧の直流電源を電力変換し、安定した所定出力電圧の直流電源として負荷装置へ供給する装置であり、携帯電話機、携帯音楽プレーヤ等の携帯電子機器の充電器やＡＣアダプタに用いられている。

図５は、従来の電源供給装置のうち、不安定な直流電圧の直流入力電源から一対の出力電源線間に安定した出力電圧の直流電源を供給する絶縁フライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータ１００の一例を示すもので（特許文献１）、図中、１１ａは不安定な直流入力電源１１の高圧端子、１１ｂは低圧端子であり、２ａ、２ｂは、トランス２の一次巻線と二次出力巻線である。

間欠発振素子３６は、直流入力電源１１に対してトランス２の一次巻線２ａと直列に接続され、通常は、一定周波数で一次巻線２ａと低圧端子１１ｂ間を開閉するように連続動作し、制御端子３６ａに一定の電流を流す休止制御信号が入力されている間は、一次巻線２ａと低圧端子１１ｂ間を切断させた状態で休止する。３９は、後述する二次出力側に設けられたフォトカプラ発光素子３５とフォトカップルするフォトカプラ受光素子であり、間欠発振素子３６の制御端子３６ａと直流入力電源１１の低圧端子１１ｂ間に接続される。

トランス２の二次側（出力側）には、整流平滑化回路を構成する整流用ダイオード４と平滑コンデンサ１３が設けられ、二次出力巻線２ｂの出力を整流平滑化して、一対の出力電源線である高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂ間に出力している。一対の高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂは、コネクタ５を介して負荷装置１０の内部に配線される一対の内部電源線１０ａ、１０ｂにそれぞれ接続し、出力電源線２０ａ、２０ｂ間に発生させる直流電源を負荷装置１０へ供給している。

一対の出力電源線２０ａ、２０ｂ間には、直流電源の出力電圧と出力電流を監視し、負荷装置１０側の消費電力の変動などでいずれかが所定値に設定する設定電圧若しくは設定電流を越えた際に、図中のフォトカプラ発光素子３５を発光させる電流監視回路４０と電圧監視回路４１からなる出力監視回路が設けられている。

上述の間欠発振素子３６は、連続動作している間に、高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂ間に発生する出力電力と出力電流が徐々に上昇するように、開閉動作の周波数とオンデューティが設定されている。高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂ間に接続された負荷装置１０による消費電力が変化したり、負荷装置１０内で電源線間が短絡し、出力電流が設定電流を越えて異常上昇した場合には、低圧側出力電源線２０ｂに直列に接続される電流検出用抵抗４３の出力電流による電圧降下が増加して電流監視回路４０の誤差増幅器３３ｂの反転入力端子に入力される電圧が上昇し、電流監視用基準電源３４ｂの第２比較電圧との電位差が反転増幅され、フォトカプラ発光素子３５の発光しきい値を越える電位となる。

また、高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂ間の出力電圧が設定電圧を越える場合にも、電圧監視回路４１の誤差増幅器３３ａの反転入力端子に入力される分圧抵抗３０，３１の中間タップ３２の電位も上昇し、電圧監視用基準電源３４ａの第１比較電圧との電位差が反転増幅され、フォトカプラ発光素子３５の発光しきい値を越える電位となる。

このように、出力電圧若しくは出力電流のいずれかが設定電圧若しくは設定電流を越えると、越えている間、フォトカプラ発光素子３５は発光し続け、これらの値を超えたことを示すリミット信号がフォトカプラ受光素子３９に連続して出力される。

フォトカプラ受光素子３９は、リミット信号を受光している間、間欠発振素子３６の制御端子３６ａから直流入力電源１１の低圧端子１１ｂに一定の電流を流し続けるので、制御端子３６ａには、休止制御信号が連続して入力される状態となり、間欠発振素子３６の開閉動作が休止する。その結果、トランス３の１次巻き線２ａに流れる電流が遮断され、トランス３の二次出力巻線２ｂに蓄積される励磁エネルギーが徐々に負荷装置１０により消費され、設定電圧若しくは設定電流を越えていた出力電圧若しくは出力電流は減少し、設定電圧若しくは設定電流以下となり、これにより、負荷装置１０や電源供給装置１００を異常電圧や異常電流から保護する定電圧及び定電流制御が行われる。

特許第３３９１７７４号公報

電源供給装置１００と負荷装置１０間を接続する上述のコネクタ５は、雌雄で嵌合接続する一組のコネクタプラグとコネクタソケットとからなり、例えば、電源供給装置１００側の出力電源線２０ａ、２０ｂに雄コンタクトを接続させたコネクタプラグを、負荷装置１０側の内部電源線１０ａ、１０ｂに雌コンタクトを接続したコネクタソケットに嵌合接続し、雄コンタクトと雌コンタクトを接触させて、出力電源線２０ａ、２０ｂと内部電源線１０ａ、１０ｂをそれぞれ電気接続してる。

ところで、この雌コンタクトと雄コンタクトが接触する接触部には、コネクタプラグとコネクタソケットが嵌合接続している間であっても、相互に数μｍ乃至数１０μｍの幅で微摺動を繰り返す微摺動摩耗（Fretting Corrosion）という接触部の腐食プロセスが発生することが知られている。微摺動摩耗は継続して繰り返される特徴を有し、継続して繰り返されると、接触部表面を移動する金属粒子の集合が酸化してコンタクトの材料より硬い残留物質となってコンタクト間に介在し、これがコンタクトの接触面を酸化しやすい殺傷状態とし、最終的には接触面に酸化被膜が形成され、コンタクトの接触不良に至る。

コンタクトの接触不良が生じている状態では、接触部でのインピーダンスが不安定となり、電源供給装置１００からコンタクト間に流れる直流電源の出力電流が変化し、接触部が異常発熱する。特に、出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ１３には大容量のコンデンサが用いられているので、例えば１Ａの定格電流で制御される出力電流が、コネクタ５の接触部で断続することにより５Ａ程度となって接触部に流れ、接触部の異常発熱によりコンタクトの炭化事故や火災発生の危険が生じていた。

この微摺動摩耗によって電源供給装置１００から出力される出力電流は、電源供給装置１００で定電流制御する設定電流以下の領域で変化することがあり、定電流制御手段を備えた従来の電源供給装置１００であっても、微摺動摩耗の発生は検知できなかった。

また、微摺動摩耗による出力電流が定電流制御する設定電流を越えていたとしても、その周期は最大で数１００μｓｅｃと短く、電流監視回路４０や間欠発振素子３６の応答速度に比べてはるかに短いので、出力電流を減少させる定電流制御は働かない。一方、出力電流が数１００μｓｅｃ以下の周期で設定電流を越える状態は、微摺動摩耗の発生の他に、負荷装置１０を接続した際や負荷装置１０消費電力の変動時にも頻発するので、この状態の検知から直ちに微摺動摩耗の発生と判定することもできない。

このように微摺動摩耗による危険が予測されているにもかかわらず、直流電源を供給する電源供給装置１００側ではこれを検知して予防することができないので、高い安全性が求められる負荷装置との接続には、コネクタに温度ヒューズを内蔵して異常発熱事故を予防している。しかしながら、一般に電源供給装置１００と負荷装置１０を電気接続するコネクタ５には、コストが上昇し大型化することからこのような配慮はなされず、異常発熱事故発生の危険性は依然回避されていない。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、負荷装置と接続するコネクタのコンタント間に微摺動摩耗が生じた場合に、確実にこれを検知する電源供給装置を提供することを目的とする。

また、温度ヒューズを内蔵しない簡単な構成のコネクタで、コネクタの異常発熱事故を確実に予防する電源供給装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１に記載の電源供給装置は、交流入力電源または直流入力電源から一対の出力電源線間に安定した直流電圧の直流電源を出力する電源出力部を備え、一対の出力電源線に接続するコネクタを介して負荷装置へ直流電源を供給する電源供給装置であって、出力電源線に流れる出力電流Ｉｏｕｔを検出する電流検出手段と、出力電流Ｉｏｕｔから、最大１ｍｓｅｃに設定する摺動判定周期以下の周期で電流値が変化する摺動電流を検出する摺動電流検出手段と、摺動電流検出手段が摺動電流を検出した時から開始される所定の監視期間内に、摺動電流を検出する毎にその摺動電流の電流値を積算する積算手段と、少なくとも監視期間内に積算手段が積算した摺動積算値が所定の監視閾値を越えた際に、コネクタの接続異常と判定する異常監視手段を、備えたことを特徴とする。

コネクタの接触部に発生する微摺動摩耗により出力電流Ｉｏｕｔに表れる摺動電流は、１ｍｓｅｃ以下の周期で電流値が変化し、一定期間同様に電流値が変化する摺動電流が繰り返して表れる特徴を有するので、最大１ｍｓｅｃに設定する摺動判定周期以下の周期で電流値が変化する出力電流Ｉｏｕｔを摺動電流と推定して検出することができる。また、微摺動摩耗が発生している間にのみ、この摺動電流が繰り返して検出されるので、摺動電流毎にその電流値Ｉｓを積算した摺動積算値ＳＩｓは一定の監視期間内に増加し続ける。従って、異常監視手段は、監視期間内に摺動積算値が所定の監視閾値を越えることから、一時的に出力電流の電流値が変化する他の要因と識別して、微摺動摩耗によるコネクタの接続異常を判定できる。

また、請求項２に記載の電源供給装置は、一対の出力電源線に流れる出力電流Ｉｏｕｔを一定の定格電流に制御する定電流制御部を更に備え、摺動電流検出手段は、出力電流Ｉｏｕｔから、電流値が定格電流以下で変化する摺動電流を検出することを特徴とする。

定電流制御部で制御されない定格電流以下の電流値で変動する摺動電流であっても摺動電流検出手段で検出できる。

また、請求項３に記載の電源供給装置は、監視期間内に、摺動電流を検出する毎にその摺動電流の電流値を記憶する記憶手段を更に備え、異常監視手段は、摺動積算値が所定の監視閾値を越えた際に、監視期間内に記憶手段が記憶する摺動電流の電流値が減少傾向である場合にコネクタの接続異常と判定することを特徴とする。

微摺動摩耗が連続して接触部の摩耗が進行すると、コネクタの接触部でのインピーダンスが徐々に上昇し、摺動電流の電流値は減少傾向となる。従って、異常監視手段は、監視期間内に記憶手段が記憶する摺動電流の電流値が減少傾向である場合を、コネクタの接続異常の判定条件に加えることにより、より正確に微摺動摩耗の発生を検出できる。

また、請求項４に記載の電源供給装置は、警告表示手段を更に備え、異常監視手段がコネクタの接続異常と判定した際に、コネクタの接続異常を警告表示手段で表示する。

コネクタに接続異常が発生していることを、目視によって使用者へ伝えることができる。

また、請求項５に記載の電源供給装置は、出力電源線を遮断する遮断回路を有する保護回路を更に備え、異常監視手段がコネクタの接続異常と判定した際に、遮断回路により出力電源線を遮断することを特徴とする。

異常監視手段がコネクタの接続異常と判定した際に出力電源線が遮断され、コネクタに流れる出力電流が停止される。

また、請求項６に記載の電源供給装置は、監視期間内に検出した摺動電流の数を計数する摺動カウンタと、監視期間内に検出した摺動電流の電流値の最大電流値を記憶するピークホールド手段とを更に備え、異常監視手段は、コネクタの接続異常と判定した後、摺動積算値が所定の監視閾値を越えるまでの経過時間と、摺動カウンタの計数値と、ピークホールド手段が記憶する最大電流値の１又は２以上のパラメータから、保護動作の緊急性を判定することを特徴とする。

接続異常と判定したコネクタの接触部に発生する単位時間内の発熱量が増加すると、単位時間が経過した後の摺動積算値も増加するので、摺動積算値が所定の監視閾値を越えるまでの経過時間は、コネクタの接触部に発生する単位時間内の発熱量の目安となる。

また、微摺動摩耗の摺動回数が増加すると、摺動カウンタの計数値が増加するので、計数値は、コネクタの接触部の腐食プロセスの進行速度の目安となる。

また、接続異常と判定したコネクタに発熱の危険のある高い出力電流が流れていると、最大電流値は高い電流値を示すので、コネクタの接触部の発熱の危険性の目安となる。

従って、摺動積算値が所定の監視閾値を越えるまでの経過時間と、摺動カウンタの計数値と、最大電流値の１又は２以上のパラメータから、異常発熱の危険性と進行速度を推定でき、保護動作の緊急性を判定できる。

また、請求項７に記載の電源供給装置は、出力電源線を遮断する遮断回路と電源出力部の出力電力を低下させる出力制御回路とを有する保護回路を更に備え、保護回路は、異常監視手段が判定した保護動作の緊急性に応じて遮断回路と出力制御回路のいずれかを選択的に動作させ、出力電源線を遮断若しくは出力電力を低下させることを特徴とする。

保護動作の緊急性に応じて、出力電流の遮断と出力電力の低下が選択される。

請求項１の発明によれば、負荷装置に接続するコネクタの微摺動摩耗による接続異常を電源供給装置側で検知できるので、コネクタのコンタクトの炭化や異常発熱による事故を未然に防止できる。

また、負荷装置と接続するコネクタに温度ヒューズなどを内蔵する必要がなく、標準のコネクタを使用できる。

請求項２の発明によれば、出力電流を定格電流に制御する定電流制御手段を有する電源供給装置であっても、定電流制御にかかわらず、微摺動摩耗により発生する摺動電流を検出し、コネクタの異常発熱事故を防止できる。

請求項３の発明によれば、コネクタの接続異常をより正確に検出し、異常発熱事故を防止できる。

請求項４の発明によれば、コネクタの接続異常を、電源供給装置側から使用者に伝えることができるので、使用者はコネクタを交換するなどの対処を行って発熱事故を未然に防止できる。

請求項５の発明によれば、コネクタの接続異常と判定した際に、コネクタに流れる出力電流が停止されるので、異常発熱事故を未然に防止できる。

請求項６の発明によれば、接続異常と判定したコネクタの接触部の異常発熱の危険性と進行速度がわかるので、それに応じた保護動作の緊急性を判定できる。

請求項７の発明によれば、保護動作の緊急性に応じて、出力電流の遮断と出力電力の低下を選択できるので、緊急性を要しない場合には、負荷装置に直流電源を供給しながら、コネクタの接触部の発熱量を低下させることができる。

負荷装置１０にコネクタ５を介して接続する本発明の一実施の形態に係る電源供給装置１の概略を示す回路図である。電源供給装置１の保護回路部６を示すブロック図である。保護回路部６の動作を示す前段フローチャートである。保護回路部６の動作を示す後段フローチャートである。従来の電源供給装置１００とコネクタ５の概略を示す回路図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る電源供給装置１を図１を参照して説明する。本実施の形態に係る電源供給装置１は、図５に示す従来のフライバック型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００と基本構成は同一であり、このＤＣ−ＤＣコンバータ１００に、新たにコネクタ５の接続異常を検出して負荷装置１０を保護する為の応答処理を行う保護回路部６を設けたものである。従って、図５に示す従来の電源供給装置１００と共通する回路及び回路素子については、同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、電源供給装置１が１００Ｖの商用交流電源に接続して、５Ｖ、１Ａの定格出力でコネクタ５を介して負荷装置１０である携帯電話機を充電する充電器に内蔵されているものとして説明する。従って、図中、１１ａと１１ｂは、１００Ｖの商用交流電圧を整流して得られる電圧が変動する可能性のある不安定な直流電源の高圧端子と低圧側端子であり、高圧側端子１１ａと低圧端子１１ｂ間の直流入力電圧は、１４１Ｖとなっている。２ａは、トランス２の一次巻線、２ｂは、トランス２の二次出力巻線であり、一次巻線２ａは、スイッチング素子３と、直流入力電源１１に対して直列に接続されている。

スイッチング素子３は、絶縁ゲート型ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴにより構成され、駆動制御回路８から制御端子３ａであるゲートへ所定の開閉動作の周波数とオンデューティに設定されたスイッチング信号を入力することにより、ドレイン−ソース間が開閉制御され、トランス２の１次巻き線２ａに流れる電流が断続される。

駆動制御回路８には、トランス２の二次側に設けられたフォトカプラ発光素子３５とフォトカップルするフォトカプラ受光素子３９が接続され、フォトカプラ受光素子３９がフォトカプラ発光素子３５の発光を受光している間、オンデューティを減少させたスイッチング信号を制御端子３ａへ出力する。これにより、出力電源線２０ａ、２０ｂに流れる出力電流Ｉｏｕｔが定格出力電流である１Ａの設定電流を越えたり、出力電源線２０ａ、２０ｂ間の出力電圧が定格出力電圧である５Ｖの設定電圧を越える場合に、電流監視回路４０や電圧監視回路４１が応動してフォトカプラ発光素子３５を発光制御し、定電流制御や定電圧制御が行われる動作は、上述した従来の電源供給装置１００と同一であるので、その説明は省略する。

トランス２の二次出力巻線２ｂの両端は、負荷装置１０に接続する高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂに接続し、二次出力巻線２ｂに発生する出力は、高圧側出力電源線２０ａに直列に接続される整流用ダイオード４と二次出力巻線２ｂに並列に接続される平滑コンデンサ１３とから構成される整流平滑化回路により整流平滑化され、直流電源として高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂ間に出力される。

図１に示すように、高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂは、雌雄で嵌合接続する一組のコネクタプラグとコネクタソケットとからなるコネクタ５を介して、それぞれ負荷装置１０の内部電源線１０ａ、１０ｂに電気接続している。すなわち、高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂの端末に各雄コンタクトを接続した電源供給装置１側のコネクタプラグを、内部電源線１０ａ、１０ｂの端末に各雌コンタクトを接続した負荷装置１０側のコネクタソケットへ嵌合接続し、対応する雄コンタクトと雌コンタクトを接触させて高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂをそれぞれ内部電源線１０ａ、１０ｂに接続し、電源供給装置１から負荷装置１０へ直流電源を供給している。

保護回路部６は、低圧側出力電源線２０ｂ間に直列に接続されたシャント抵抗１４及び遮断スイッチング素子１５と、高圧側出力電源線２０ａとシャント抵抗１４の低圧側の低圧側出力電源線２０ｂ間に配置され、シャント抵抗１４の低圧側を接地電位とする直流電源で動作するマイコンからなる異常監視部７と、異常監視部７により表示制御される表示部９とから構成される。

図２に示すように、異常監視部７は、低圧側出力電源線２０ｂに流れる出力電流Ｉｏｕｔから摺動電流を検出する摺動電流検出部１６と、ピークホールド部１７と、摺動電流分析部１８と、異常監視部７内の各部１６、１７、１８の動作を制御すると共に、摺動電流検出部１６が検出した摺動電流毎の電流値Ｉｓを加算し、加算した摺動積算値ＳＩｓをもとにコネクタ５の接続異常を判定する監視制御部１９とから構成されている。

尚、摺動電流検出部１６は、シャント抵抗１４の高圧側に入力を接続し、低圧側出力電源線２０ｂに流れる出力電流Ｉｏｕｔを、シャント抵抗１４の両端の電圧に変換して検出するものであり、異常監視部７内で算定する出力電流Ｉｏｕｔや摺動電流の電流値Ｉｓ等は、実際には電圧に変換した値であるが、便宜上電流値として説明する。

摺動電流検出部１６は、微摺動摩耗が発生することにより変化する出力電流Ｉｏｕｔから、最大１ｍｓｅｃに設定する摺動判定周期以下の周期で電流値が変動する出力電流Ｉｏｕｔを摺動電流と推定して検出する。ここで、摺動電流とは、コネクタ５のコンタクト間の接触部に微摺動摩耗（Fretting Corrosion）が発生することにより出力電流Ｉｏｕｔが数１０乃至数１００μｓｅｃの周期で変化する電流であり、微摺動摩耗が一定期間連続することにより、出力電流Ｉｏｕｔに摺動電流が一定期間連続して表れる。従って、摺動判定周期を少なくとも１０μｓｅｃ以上で最大１ｍｓｅｃの周期に設定することにより、１０乃至数１００μｓｅｃの周期の摺動電流を検出するとともに、電源供給装置１から低圧側出力電源線２０ｂに重畳する摺動判定周期を越える周期のノイズを除くことができる。

本実施の形態では、摺動判定周期を１ｍｓｅｃに設定し、出力電流Ｉｏｕｔを１ｋＨｚのハイパスフィルタへ通過させた１ｍｓｅｃ以下の周期で変化する出力を摺動電流とする。このように摺動判定周期の逆数以上の周波数の出力電流Ｉｏｕｔを通過させるハイパスフィルタを用いることによって、定電流制御する１Ａの定格電流以下の電流値で変化する摺動電流も検出できる。

摺動電流検出部１６は、出力電流Ｉｏｕｔから上記条件の摺動電流を検出する毎に、その摺動電流の電流値Ｉｓを、監視制御部１９と、ピークホールド部１７と、ピークホールド部１７を介して摺動電流分析部１８に出力する。このうち、監視制御部１９は、出力電流Ｉｏｕｔから最初に上記条件の摺動電流を検出した際に、所定の監視期間に設定された監視タイマをスタートさせる。監視期間は、一定期間連続しながら繰り返される微摺動摩耗減少を検出するのに充分な長さの時間に設定され、ここでは、負荷装置１０である携帯電話機を満充電するまでの充電時間を３時間として、一度の充電時間内に微摺動摩耗を検出可能とするように１時間に設定する。

ピークホールド部１７は、監視期間中に摺動電流検出部１６から入力される摺動電流の電流値Ｉｓからその最大電流値を逐次更新して記憶する。

摺動電流分析部１８は、摺動カウンタを有し、摺動電流の電流値Ｉｓが入力される毎に摺動カウンタをカウントアップし、監視期間中に摺動電流検出部１６が検出した摺動電流の検出数を計数する。また、監視期間中に入力される全ての摺動電流の電流値Ｉｓをタイムスタンプに関連付けて一次記憶し、監視期間中に電流値Ｉｓが減少傾向にあるか否かを検出する。

監視制御部１９は、摺動電流検出部１６から摺動電流の電流値Ｉｓが入力される毎にその電流値Ｉｓを加算し、監視期間中に入力された電流値Ｉｓの総和である摺動積算値ＳＩｓを積算する。監視期間中の摺動積算値ＳＩｓが所定の値に設定した監視閾値を越えた場合には、その時の監視期間中の経過時間を一次記憶すると共に、摺動電流分析部１８から電流値Ｉｓの減少傾向についての検出結果を入力する。

監視期間中の摺動積算値ＳＩｓが所定の値に設定した監視閾値を越え、摺動電流の電流値Ｉｓが減少傾向である場合に、監視制御部１９は、コネクタ５に微摺動摩耗による接続異常が発生していると判定する。すなわち、コネクタ５の接触部に微摺動摩耗が発生している間は、摺動電流が繰り返して出力電流Ｉｏｕｔに表れるので、摺動電流毎にその電流値Ｉｓを積算した摺動積算値ＳＩｓは増加し続け、監視期間内に摺動積算値が所定の監視閾値を越えるので、一時的に出力電流の電流値が変化する他の要因と識別して、微摺動摩耗によるコネクタ５の接続異常と判定できる。また、微摺動摩耗が連続して接触部の摩耗が進行すると、コネクタの接触部でのインピーダンスが上昇し、摺動電流の電流値Ｉｓは減少傾向となるので、摺動電流の電流値Ｉｓが減少傾向である場合を、コネクタ５の接続異常の判定条件に加えることにより、より正確に微摺動摩耗の発生を検出できる。

従って、監視閾値は、監視期間内に一時的に他の要因で発生した摺動判定周期以下の周期のノイズの各電流値を積算した積算値より大きく、微摺動摩耗が発生している場合に監視期間中に連続して表れる摺動電流の各電流値Ｉｓの摺動積算値より少なくとも小さい値に設定される。本実施の形態では、微摺動摩耗が発生していると、１時間の監視期間中に１００μｓｅｃ前後の周期の摺動電流が少なくとも１００回表れると仮定し、各摺動電流の電流値Ｉｓが１Ａの定格電流付近の電流値であることから、監視閾値を１００Ａ・回に設定している。

監視制御部１９には、コネクタ５の接続異常と判定した場合に、使用者に接続異常が発生していることを伝えるために、表示部９に接続する表示制御端子７ａを備えている。表示部９は、電源供給装置１の筐体に取り付けられたＬＥＤ等の表示素子で構成され、監視制御部１９がコネクタ５の接続異常と判定すると、監視制御部１９の表示制御端子７ａから接続異常を使用者へ伝える点滅等の表示制御信号が出力される。

更に、監視制御部１９には、コネクタ５の接続異常と判定した場合に、その緊急性に応じて必要な保護動作を行うために、フォトカプラ発光素子３５の低圧側に接続する出力制御端子７ｂと、絶縁ゲート型ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成される遮断スイッチング素子１５のゲートに接続する遮断制御端子７ｃを備えている。

保護動作の緊急性は、監視制御部１９において、
ａ．摺動積算値ＳＩｓが監視閾値を越えた際に一次記憶された監視期間中の経過時間、
ｂ．摺動電流分析部１８で摺動カウンタが計数した摺動電流の検出数、
ｃ．ピークホールド部１７が記憶する摺動電流の電流値Ｉｓの最大電流値
のいずれか１以上のパラメータを用いて判定される。

摺動積算値ＳＩｓは、摺動電流の発生回数と摺動電流の電流値Ｉｓの増減に応じて増減するので、腐食がすすんでいるコネクタ５の接触部に発生する単位時間の発熱量の目安となり、ａ．の監視閾値を越えるまでの経過時間が短いほど保護動作の緊急性が高くなる。

また、微摺動摩耗の摺動回数が増加するとコネクタ５の接触部の腐食プロセスがすすむので、ｂ．の摺動電流の検出数は、腐食プロセスの進行速度の目安となり、検出数が大きいほど腐食の進行が早く保護動作の緊急性が高くなる。

また、腐食がすすんでいるコネクタ５の接触部に、高い電流値Ｉｓの摺動電流が流れていると発熱量が増大するので、ｃ．の電流値Ｉｓの最大電流値は、接触部の発熱危険性の目安となり、最大電流値が高いほど、保護動作の緊急性が高くなる。

本実施の形態では、ａ．ｂ．ｃ．の各パラメータについて、一定の重み付けを行ってランク分けしておき、監視制御部１９がコネクタ５の接続異常と判定した場合に、各パラメータ毎にいずれのランクに該当するかを求め、その総和が一定の基準値以上であるか否かで、保護動作の緊急性が高いか低いかのいずれかを判定する。しかしながら、各パラメータの値を数値化して緊急性の判定を行う方法は、これに限らない。

緊急性が高いと判定した場合には、遮断制御端子７ｃから遮断スイッチング素子１５をｏｆｆ制御する制御信号を出力して、直ちに低圧側出力電源線２０ｂを遮断し、負荷装置１０への直流電源の出力を停止する。

また、緊急性が低いと判定した場合には、出力制御端子７ｂからフォトカプラ発光素子３５の低圧側へフォトカプラ発光素子３５の発光閾値を越える点灯制御信号を出力する。これにより、フォトカプラ発光素子３５の発光を受光するフォトカプラ受光素子３９は、オンデューティを減少させたスイッチング信号を制御端子３ａへ出力し、トランス２の二次出力巻線２ｂの両端に発生する電力が減少することにより、高圧側出力電源線２０ａと低圧側出力電源線２０ｂに流れる出力電流Ｉｏｕｔが減少する。監視制御部１９から点灯制御信号を長く出力するほど、出力電流Ｉｏｕｔは低下するので、監視制御部１９は、緊急性が低いと判定した場合であっても、保護動作の必要性に応じて点灯制御信号を調整し、出力電流Ｉｏｕｔの低下制御をきめ細かく行うことができる。

このように構成された電源供給装置１の保護回路部６における動作を、図３と図４のフローチャートに沿って説明する。電源供給装置１の起動後に、監視制御部１９の監視タイマ、摺動電流分析部１８の摺動カウンタ、摺動電流分析部１８に記憶されている全ての摺動電流の電流値Ｉｓ、ピークホールド部１７に記憶されている最大電流値、監視制御部１９に記憶されている摺動積算値ＳＩｓをリセットし、異常監視部７を初期設定する（ステップＳ１−Ｓ３）。

続いて、摺動電流検出部１６において、低圧側出力電源線２０ｂに流れる出力電流Ｉｏｕｔを計測し（ステップＳ４）、出力電流Ｉｏｕｔに摺動判定周期以下の周期で電流値が変動する出力電流Ｉｏｕｔが表れれば、これを摺動電流として検出し（ステップＳ５）、摺動電流を検出しない限り、出力電流Ｉｏｕｔの計測を続ける（ステップＳ４−Ｓ５）。

摺動電流を検出した場合には、ピークホールド部１７に最大電流値（ピークホールド値）が記憶されているか否かを判別し（ステップＳ６）、初めて摺動電流を検出した場合には、最大電流値がリセットされ記憶されていないので、監視制御部１９の監視タイマをスタートさせ（ステップＳ７）、摺動電流を検出した場合のステップＳ８乃至ステップＳ１１の一連の処理を実行する。すなわち、ピークホールド部１７で、検出した摺動電流の電流値Ｉｓを最大電流値としてピークホールドし（ステップＳ８）、摺動電流分析部１８で、摺動カウンタの計数値を１とする（ステップＳ９）とともに、電流値Ｉｓをタイムスタンプに関連付けて記憶し（ステップＳ１０）、監視制御部１９で摺動電流検出部１６から入力された電流値Ｉｓを摺動積算値ＳＩｓとする（ステップＳ１１）。

その後、監視制御部１９で摺動積算値ＳＩｓを積算閾値と比較する（ステップＳ１２）が、初めて摺動電流を検出した時点では、摺動積算値ＳＩｓは積算閾値以下であるので、監視期間内であるかを判定するステップＳ１３にすすみ、同様に初めて摺動電流を検出した時点では監視期間内であるので、ステップＳ４に戻り、再び出力電流Ｉｏｕｔから摺動電流の有無を検出する（ステップＳ４−Ｓ５）。

新たな摺動電流を検出した場合には、既にピークホールド部１７に最大電流値が記憶されているので、ステップＳ６から直接ステップＳ８乃至ステップＳ１１にすすみ、摺動電流を検出した場合の一連の処理を実行する。新たに摺動電流を検出した場合には、ピークホールド部１７に記憶されている最大電流値と比較して新たに検出した摺動電流の電流値Ｉｓが大きい場合には、その電流値Ｉｓを最大電流値に置き換え（ステップＳ８）、摺動カウントをインクリメントし（ステップＳ９）、新たに検出した摺動電流の電流値Ｉｓにタイムスタンプに関連付けて追加記憶するとともに、これまでに記憶されている電流値Ｉｓを含む全体の変化率を算定し（ステップＳ１０）、摺動積算値ＳＩｓに電流値Ｉｓを加算して摺動積算値ＳＩｓを置き換える（ステップＳ１１）。

監視期間内に、摺動積算値ＳＩｓが積算閾値以上で、摺動電流分析部１８で記憶する電流値Ｉｓが減少傾向となるというステップＳ１２の判定条件を満たさない限り、上記処理を繰り返し、監視期間を経過してもステップＳ１２の判定条件を満たさない場合には、これまでに検出した摺動電流が微摺動摩耗以外の原因で発生したノイズであったと判断して、Ｓ１からの初期設定に戻り（ステップＳ１３）、監視タイマをリセットして新たに摺動電流の検出動作を繰り返す。

一方、監視期間内に、摺動積算値ＳＩｓが積算閾値以上で、摺動電流分析部１８で記憶する電流値Ｉｓが減少傾向となった場合には、微摺動摩耗による接続異常が発生していると判定し、監視制御部１９は、摺動積算値ＳＩｓが監視閾値を越えるまでの経過時間と、摺動電流の検出数と、摺動電流の最大電流値が、ａ乃至ｃの各パラメータのいずれのランクに属するかを求めて、そのランクの総和から保護の緊急性を判定する（ステップＳ１４
）。

ランクの総和が一定の基準値を超える場合には、緊急性が高いと判断して（ステップＳ１５）、表示制御端子７ａから表示部９を点滅表示する表示制御信号を出力して使用者へ接続異常を伝えるとともに、遮断制御端子７ｃから遮断スイッチング素子１５をｏｆｆ制御する制御信号を出力して、直ちに低圧側出力電源線２０ｂを遮断し、その後ステップＳ１からの初期設定に戻る（ステップＳ１６）。

ランクの総和が一定の基準値に満たない場合には、緊急性は低いと判断して（ステップＳ１５）、表示制御端子７ａから表示部９を点滅表示する表示制御信号を出力して使用者へ接続異常を伝えるとともに、出力制御端子７ｂからフォトカプラ発光素子３５を発光させる点灯制御信号を出力して、出力電流Ｉｏｕｔを減少させ、その後、接続異常の経過を監視するために、ステップＳ１からの初期設定に戻り（ステップＳ１６）、新たな摺動電流の検出動作を繰り返す。

上述の実施の形態では、摺動電流分析部１８が監視期間内に記憶した電流値Ｉｓが減少傾向となることを、コネクタ５の接続異常と判定する条件に加えているが、監視期間内に、摺動積算値ＳＩｓが積算閾値以上になるという条件のみで、コネクタ５の接続異常と判定してもよい。また、監視期間内に検出された摺動電流の電流値Ｉｓの減少傾向を、接続部の接続異常によるインピーダンスの上昇と推定しているが、監視期間内に限らず、より長い経過時間に検出する出力電流Ｉｏｕｔの減少傾向から、接続部の接続異常を判定してもよい。

また、上述の電源供給装置１の保護回路部６における動作では、負荷装置１０への充電を終えて、負荷装置１０への直流電源の出力が停止された場合には、監視期間中であってもリセット（ステップＳ１からの初期化）されるが、監視期間中に出力電流Ｉｏｕｔの停止を検出した場合に、次に出力電流Ｉｏｕｔを検出するまで、監視タイマを停止し、ピークホールド部１７の最大電流値、摺動カウンタの計数値、摺動電流分析部１８に記憶されている電流値Ｉｓ、摺動積算値ＳＩｓを一次記憶し、負荷装置１０に直流電源を出力しない間、保護回路部６の動作を休止させてもよい。

また、電源供給装置１は、充電器に内蔵され、コネクタ５を介して負荷装置１０へ直流電源を供給するＤＣ−ＤＣコンバータで説明したが、コネクタのコンタクト間の接触で負荷装置へ直流電源を供給する電源供給装置であれば、ＵＳＢハブなどを介して他の負荷装置へ直流電源を供給する機器内に配置される装置であってもよい。

本発明は、コネクタを介して負荷装置へ直流電源を供給する電源供給装置に適している。

１ＤＣ−ＤＣコンバータ（電源供給装置）
５コネクタ
６保護回路部（保護回路）
７異常監視部
７ｂ出力制御端子（出力制御回路）
９表示部（警告表示手段）
１０負荷装置
１０ａ、１０ｂ一対の内部電源線
１１直流入力電源
１５遮断スイッチング素子（遮断回路）
１６摺動電流検出部（電流検出手段、摺動電流検出手段）
１７ピークホールド部（ピークホールド手段）
１８摺動電流分析部（記憶手段）
１９監視制御部（積算手段、異常監視手段）
２０ａ高圧側出力電源線（出力電源線）
２０ｂ低圧側出力電源線（出力電源線）
４０電流監視回路（定電流制御部）

Claims

交流入力電源または直流入力電源から一対の出力電源線間に安定した直流電圧の直流電源を出力する電源出力部を備え、一対の出力電源線に接続するコネクタを介して負荷装置へ直流電源を供給する電源供給装置であって、
出力電源線に流れる出力電流Ｉｏｕｔを検出する電流検出手段と、
出力電流Ｉｏｕｔから、最大１ｍｓｅｃに設定する摺動判定周期以下の周期で電流値が変化する摺動電流を検出する摺動電流検出手段と、
摺動電流検出手段が摺動電流を検出した時から開始される所定の監視期間内に、摺動電流を検出する毎にその摺動電流の電流値を積算する積算手段と、
少なくとも監視期間内に積算手段が積算した摺動積算値が所定の監視閾値を越えた際に、前記コネクタの接続異常と判定する異常監視手段を、
備えたことを特徴とする電源供給装置。
一対の出力電源線に流れる出力電流Ｉｏｕｔを一定の定格電流に制御する定電流制御部を更に備え、
摺動電流検出手段は、出力電流Ｉｏｕｔから、電流値が定格電流以下で変化する摺動電流を検出することを特徴とする請求項２に記載の電源供給装置。
監視期間内に、摺動電流を検出する毎にその摺動電流の電流値を記憶する記憶手段を更に備え、
異常監視手段は、摺動積算値が所定の監視閾値を越えた際に、監視期間内に記憶手段が記憶する摺動電流の電流値が減少傾向である場合に前記コネクタの接続異常と判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源供給装置。
警告表示手段を更に備え、
異常監視手段が前記コネクタの接続異常と判定した際に、前記コネクタの接続異常を警告表示手段で表示することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源供給装置。
出力電源線を遮断する遮断回路を有する保護回路を更に備え、
異常監視手段が前記コネクタの接続異常と判定した際に、遮断回路により出力電源線を遮断することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電源供給装置。
監視期間内に検出した摺動電流の数を計数する摺動カウンタと、
監視期間内に検出した摺動電流の電流値の最大電流値を記憶するピークホールド手段とを更に備え、
異常監視手段は、前記コネクタの接続異常と判定した後、摺動積算値が所定の監視閾値を越えるまでの経過時間と、摺動カウンタの計数値と、ピークホールド手段が記憶する最大電流値の１又は２以上のパラメータから、保護動作の緊急性を判定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電源供給装置。
出力電源線を遮断する遮断回路と電源出力部の出力電力を低下させる出力制御回路とを有する保護回路を更に備え、
保護回路は、異常監視手段が判定した保護動作の緊急性に応じて遮断回路と出力制御回路のいずれかを選択的に動作させ、出力電源線を遮断若しくは出力電力を低下させることを特徴とする請求項６に記載の電源供給装置。