JP2017005977A - コンデンサ寿命診断装置、電源システム、コンデンサ寿命診断方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】第１のコンデンサの余命を通知することができるコンデンサ寿命診断装置、電源システム、コンデンサ寿命診断方法及びプログラムを提供することを課題とする。【解決手段】電源装置は、第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を一定時間毎に検出する第１の変動検出部（１２２ａ，１２２ｃ）と、前記第１の変動検出部により検出された前記出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に前記第１のコンデンサの余命を予測し、前記第１のコンデンサの余命を示す信号を出力する出力部（１２３）とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ寿命診断装置、電源システム、コンデンサ寿命診断方法及びプログラムに関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ及び負荷回路に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力コンデンサが寿命末期か否かを判定するコンデンサ寿命判定装置が知られている（特許文献１参照）。ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電源により充電される出力コンデンサ、直流電源から出力コンデンサへの充電をオンオフするスイッチング素子、並びに、制御部を有する。制御部は、スイッチング素子を周期的にオンオフ駆動するとともに出力コンデンサの両端電圧を検出して出力コンデンサの両端電圧を所定の目標電圧とするようなフィードバック制御によりスイッチング素子のオンデューティを決定する。負荷回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力を変換して負荷に出力する負荷回路であって外部からの入力に応じて負荷への出力電力を可変とする。コンデンサ寿命判定装置は、負荷制御部と、電圧検出部と、寿命判定部とを有する。負荷制御部は、負荷回路の出力電力を一時的に変化させるという判定用制御を、判定用制御の継続時間よりも長い間隔で定期的に行う。電圧検出部は、判定用制御が開始された直後の出力コンデンサの両端電圧の少なくとも交流成分を検出する。寿命判定部は、電圧検出部によって検出された両端電圧の振幅に基いて出力コンデンサが寿命末期か否かを判定する。

また、交流入力を整流・平滑処理して直流電圧とし、この直流電圧をスイッチング処理、変圧処理、整流・平滑処理して出力電圧とするとともに平滑処理用の電解コンデンサを有するスイッチング電源装置が知られている（特許文献２参照）。スイッチング電源装置は、交流入力の周波数を測定する過程と、出力電圧及び出力電流を測定する過程と、電解コンデンサの端子電圧を測定する過程を有する。また、スイッチング電源装置は、測定した周波数、出力電圧及び出力電流、電解コンデンサの端子電圧を基に、この端子電圧を定格負荷時の端子電圧に換算する過程を有する。また、スイッチング電源装置は、換算した端子電圧と予め設定した端子電圧の初期値と比較し電解コンデンサの静電容量の低下を判定する過程を有する。

特開２０１１−９７６８３号公報 特開２０００−３０８３３９号公報

特許文献１は、現時点において出力コンデンサが寿命末期か否かを判定するものである。また、特許文献２は、電解コンデンサの静電容量の低下を判定するものである。しかし、特許文献１及び２は、コンデンサの余命を通知することができない。

本発明の目的は、第１のコンデンサの余命を通知することができるコンデンサ寿命診断装置、電源システム、コンデンサ寿命診断方法及びプログラムを提供することである。

電源装置は、第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を一定時間毎に検出する第１の変動検出部と、前記第１の変動検出部により検出された前記出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に前記第１のコンデンサの余命を予測し、前記第１のコンデンサの余命を示す信号を出力する出力部とを有する。

第１のコンデンサの余命を予測し、第１のコンデンサの余命を示す信号を出力することにより、第１のコンデンサの余命を通知することができる。

図１は、第１の実施形態による電源システムの構成例を示す図である。 図２は、図１の変動検出部の構成例を示す図である。 図３は、電解コンデンサの出力電圧変動値と容量低下の関係を示すグラフである。 図４は、サーバの１日の負荷変動の例を示す図である。 図５は、電解コンデンサの出力電圧の変動の一定時間毎の最大値の時間推移を示す図である。 図６は、電源回路のコンデンサ寿命診断方法を示すフローチャートである。 図７は、第２の実施形態による電源システムの構成例を示す図である。 図８（Ａ）〜（Ｃ）は、シミュレーション結果の電流波形及び電圧波形を示す図である。 図９は、第３の実施形態による電源システムの構成例を示す図である。 図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の実施形態による電源システムを示す図である。 図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、第５の実施形態による制御部を説明するための図である。 図１２（Ａ）はデューティ比に相当する電圧を示す図であり、図１２（Ｂ）は電解コンデンサの出力電圧の波形を示す図であり、図１２（Ｃ）はローパスフィルタが出力する電圧の波形を示す図である。 図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、縮小率の決定方法を説明するための図である。 図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、マイコンの処理例を示すフローチャートである。 図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、第６の実施形態による制御部を説明するための図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による電源システムの構成例を示す図である。電源システムは、交流電源１０１、電源回路１００及びサーバ１２４を有する。電源回路１００は、交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）電源装置であり、コンデンサ寿命診断装置を含む。電源回路１００は、整流回路１０２、インダクタ１０７、ｎチャネル電界効果トランジスタ１０８、ダイオード１０９、電解コンデンサ１１０、電圧検出部１１１、ｎチャネル電界効果トランジスタ１１２及びトランス１１３を有する。さらに、電源回路１００は、ダイオード１１６，１１７、インダクタ１１８、電解コンデンサ１１９、電流検出部１２０、電圧検出部１２１、変動検出部１２２ａ〜１２２ｃ及び制御部１２３を有する。トランス１１３は、一次巻線１１４及び二次巻線１１５を含む。電界効果トランジスタ１０８及び１１２は、窒化ガリウム（ＧａＮ）の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）が好ましいが、ＭＯＳ電界効果トランジスタでもよい。ＨＥＭＴは、高耐圧及び高速スイッチングの利点がある。電源回路１００は、交流電源１０１から入力した交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧をサーバ１２４に電源電圧として供給する。なお、電源回路１００は、サーバ１２４以外の電子機器に直流電圧を供給してもよい。

交流電源１０１は、家庭用コンセント等の商用電源であり、例えば１００〜２４０Ｖの交流電圧を電源回路１００の入力ノードＮ１及びＮ２間に供給する。整流回路１０２は、ダイオード１０３〜１０６を有する。ダイオード１０３は、アノードがノードＮ１に接続され、カソードがノードＮ３に接続される。ダイオード１０４は、アノードがノードＮ４に接続され、カソードがノードＮ２に接続される。ダイオード１０５は、アノードがノードＮ４に接続され、カソードがノードＮ１に接続される。ダイオード１０６は、アノードがノードＮ２に接続され、カソードがノードＮ３に接続される。整流回路１０３は、ノードＮ１及びＮ２間の交流電圧を全波整流し、全波整流した電圧をノードＮ３及びＮ４間に出力する。

インダクタ１０７は、ノードＮ３及びＮ５間に接続される。電界効果トランジスタ１０８は、ドレインがノードＮ５に接続され、ゲートが制御部１２３に接続され、ソースが基準電位ノード（グランド電位ノード）に接続される。電界効果トランジスタ１０８は、ゲートの制御信号に応じて、整流回路１０２の出力電圧を基準電圧（０Ｖ）に制御する力率改善回路である。制御部１２３は、交流電源１０１の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも高い周波数の制御パルス信号を電界効果トランジスタ１０８のゲートに出力する。電界効果トランジスタ１０８は、短周期でオン及びオフを繰り返す。ダイオード１０９は、アノードがノードＮ５に接続され、カソードがノードＮ６に接続される。電解コンデンサ１１０は、ノードＮ６及びＮ４間に接続される。

インダクタ１０７、電界効果トランジスタ１０８、ダイオード１０９及び電解コンデンサ１１０は、昇圧チョッパ回路である。電界効果トランジスタ１０８がオンになっている期間では、整流回路１０２の出力によりインダクタ１０７にエネルギーが蓄積される。これに対し、電界効果トランジスタ１０８がオフになっている期間では、整流回路１０２の出力電圧に対してインダクタ１０７の両端電圧が重畳された電圧によって電解コンデンサ１１０が充電される。すなわち、電界効果トランジスタ１０８がオフになっている期間にのみ電解コンデンサ１１０が充電される。電解コンデンサ１１０は、整流回路１０２の電圧を昇圧した電圧に充電される。例えば、交流電源１０１が１００Ｖの交流電圧を出力する場合、電解コンデンサ１１０の両端電圧は４００Ｖの直流電圧になる。電解コンデンサ１１０は、充電された電圧を出力する。

電圧検出部１１１は、電解コンデンサ１１０の出力電圧を検出する。変動検出部１２２ａは、電圧検出部１１１により検出された電解コンデンサ１１０の出力電圧の変動の最大値を一定時間毎に検出し、検出した出力電圧の変動の最大値を制御部１２３に出力する。

トランス１１３の一次巻線１１４は、ノードＮ６及び電界効果トランジスタ１１２のドレイン間に接続される。電界効果トランジスタ１１２は、ゲートが制御部１２３に接続され、ソースがノードＮ４に接続される。二次巻線１１５は、ダイオード１１６のアノード及びノードＮ８間に接続される。ノードＮ８は、グランド電位ノードである。ダイオード１１６のカソードは、ノードＮ７に接続される。ダイオード１１７は、アノードがノードＮ８に接続され、カソードがノードＮ７に接続される。インダクタ１１８は、ノードＮ７及びＮ９間に接続される。電解コンデンサ１１９は、ノードＮ９及びＮ８間に接続される。

トランス１１３は、電解コンデンサ１１０から出力される一次巻線１１４の電圧を変圧し、変圧した電圧を二次巻線１１５に出力する。具体的には、一次巻線１１４に電圧が印加されると、二次巻線１１５には一次巻線１１４の電圧より低い電圧が発生する。ダイオード１１６及び１１７は、整流回路であり、二次巻線１１５の電圧を整流する。

インダクタ１１８及び電解コンデンサ１１９は、平滑化回路であり、ノードＮ７の電圧を平滑化し、平滑化した電圧を出力する。ノードＮ９及びＮ８間の電圧は、例えば１９Ｖの直流電圧であり、サーバ１２４に電源電圧として供給される。サーバ１２４は、電源回路１００に対する負荷である。

電流検出部１２０は、電解コンデンサ１１９の出力電流を検出する。変動検出部１２２ｂは、電流検出部１２０により検出された電解コンデンサ１１９の出力電流の変動の最大値を一定時間毎に検出し、検出した出力電流の変動の最大値を制御部１２３に出力する。

電圧検出部１２１は、電解コンデンサ１１９の出力電圧を検出する。変動検出部１２２ｃは、電圧検出部１２１により検出された電解コンデンサ１１９の出力電圧の変動の最大値を一定時間毎に検出し、検出した出力電圧の変動の最大値を制御部１２３に出力する。

電界効果トランジスタ１１２のゲートには、高周波数パルスのゲート電圧が入力される。制御部１２３は、電圧検出部１２１により検出された電解コンデンサ１１９の出力電圧に応じて、電界効果トランジスタ１１２のゲート電圧のパルス幅を制御する。具体的には、制御部１２３は、電解コンデンサ１１９の出力電圧が目標値（例えば１９Ｖ）より低ければ電界効果トランジスタ１１２のゲート電圧のパルス幅を広くし、電解コンデンサ１１９の出力電圧が目標値（例えば１９Ｖ）より高ければ電界効果トランジスタ１１２のゲート電圧のパルス幅を狭くする。これにより、ノードＮ９及びＮ８間の電圧を目標値（例えば１９Ｖ）の電圧に制御することができる。

制御部１２３は、変動検出部１２２ａ及び１２２ｃにより検出された変動の最大値の時間推移を基に、電解コンデンサ１１０及び１１９の余命を予測し、その電解コンデンサ１１０及び１１９の余命を示す信号を出力する出力部である。以下、その詳細を説明する。なお、制御部１２３は、プロセッサとメモリと表示部を有するコンピュータでもよい。

図２は、図１の変動検出部１２２ａの構成例を示す図である。変動検出部１２２ａは、ピークホールド部２０１、ボトムホールド部２０２、タイマ２０３及び差分部２０４を有する。タイマ２０３は、一定時間（例えば１日）毎にピークホールド部２０１及びボトムホールド部２０２の値をリセットする。ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１０の出力電圧の一定時間内の最大値を検出する。ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１０の出力電圧の一定時間内の最小値を検出する。差分部２０４は、ピークホールド部２０１が検出した最大値及びボトムホールド部２０２が検出した最小値の差分を、電解コンデンサ１１０の出力電圧の変動の最大値として制御部１２３に出力する。

次に、図１の変動検出部１２２ｂについて説明する。変動検出部１２２ｂは、上記の変動検出部１２２ａと同様に、ピークホールド部２０１、ボトムホールド部２０２、タイマ２０３及び差分部２０４を有する。タイマ２０３は、一定時間（例えば１日）毎にピークホールド部２０１及びボトムホールド部２０２の値をリセットする。ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１９の出力電流の一定時間内の最大値を検出する。ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１９の出力電流の一定時間内の最小値を検出する。差分部２０４は、ピークホールド部２０１が検出した最大値及びボトムホールド部２０２が検出した最小値の差分を、電解コンデンサ１１９の出力電流の変動の最大値として制御部１２３に出力する。

次に、図１の変動検出部１２２ｃについて説明する。変動検出部１２２ｃは、上記の変動検出部１２２ａと同様に、ピークホールド部２０１、ボトムホールド部２０２、タイマ２０３及び差分部２０４を有する。タイマ２０３は、一定時間（例えば１日）毎にピークホールド部２０１及びボトムホールド部２０２の値をリセットする。ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１９の出力電圧の一定時間内の最大値を検出する。ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１９の出力電圧の一定時間内の最小値を検出する。差分部２０４は、ピークホールド部２０１が検出した最大値及びボトムホールド部２０２が検出した最小値の差分を、電解コンデンサ１１９の出力電圧の変動の最大値として制御部１２３に出力する。

図３は、電解コンデンサ１１０又は１１９の出力電圧変動値と容量低下の関係を示すグラフである。縦軸は、電解コンデンサ１１０又は１１９の出力電圧の変動値［ｍＶ］を示す。横軸は、電解コンデンサ１１０又は１１９の初期容量に対する現在容量の割合［％］を示す。特性線３０１は、電源回路１００の負荷（サーバ１２４）が５０％から１００％に変動した時の電解コンデンサ１１０又は１１９の出力電圧の変動値を示す。特性線３０２は、電界効果トランジスタ１０８及び１１２のスイッチングによる電解コンデンサ１１０又は１１９の出力電圧の変動値を示す。特性線３０２に示すように、初期容量に対する現在容量の割合が変わっても、電界効果トランジスタ１０８及び１１２のスイッチングによる出力電圧変動値はほとんど変わらない。これに対し、特性線３０１に示すように、初期容量に対する現在容量の割合が変わると、負荷変動による出力電圧変動値が大きく変化する。すなわち、特性線３０１を用いて、電解コンデンサ１１０及び１１９のそれぞれの出力電圧の変動値を検出すれば、電解コンデンサ１１０及び１１９の初期容量に対する現在容量の割合をそれぞれ知ることができる。例えば、電解コンデンサの初期容量に対する現在容量の割合が８０％以下になると、その電解コンデンサの寿命により動作が保証されないことが規定されている場合がある。その場合、初期容量に対する現在容量の割合が８０％に対応する出力電圧変動値（約６２８ｍＶ）を閾値Ｖａ（図５）として、電解コンデンサの寿命を判定することができる。ここで、特性線３０１を得るには、所定値以上の負荷変動が必要である。以下、図４を参照しながら、負荷変動を説明する。

図４は、サーバ１２４の１日の負荷変動の例を示す図である。横軸は、１日の２４時間を示す。縦軸は、サーバ１２４の負荷を示す。例えば、夜間には、サーバ１２４は、定時バックアップ処理により負荷変動４０１が発生する。負荷変動４０１は、毎日、ほぼ同じ変動値である。また、昼間には、サーバ１２４は、通常業務による負荷変動４０２が発生する。負荷変動４０２は、日によって変わる。したがって、変動検出部１２２ａ〜１２２ｃは、定期的かつ大きな負荷変動４０１を検出できればよい。例えば、変動検出部１２２ａ〜１２２ｃは、１日毎に変動値を検出すればよい。負荷変動４０１により、図３の特性線３０１を得ることができる。

図５は、電解コンデンサ１１０又は１１９の出力電圧の変動の一定時間（例えば１日）毎の最大値の時間推移を示す図である。横軸は時間を示す。縦軸は、電解コンデンサ１１０又は１１９の出力電圧の変動の一定時間（例えば１日）毎の最大値を示す。時刻ｔ０〜ｔ１では、寿命特性線５０１に従って、電解コンデンサ１１０又は１１９の出力電圧の変動の一定時間内の最大値が検出される。時刻ｔ１では、何らかの原因により、電解コンデンサ１１０又は１１９は、寿命特性線５０１から寿命特性線５０２に変わることがある。すると、時刻ｔ１〜ｔ２では、寿命特性線５０２に従って、電解コンデンサ１１０又は１１９の出力電圧の変動の一定時間内の最大値が検出される。

ここで、閾値Ｖａは、図３の特性線３０１において、初期容量に対する現在容量の割合が８０％に対応する出力電圧変動値（約６２８ｍＶ）である。時刻ｔ２では、制御部１２３は、変動検出部１２２ａ及び１２２ｃにより検出された出力電圧の変動の最大値の時刻ｔ１〜ｔ２の時間推移を基に、最小自乗法により寿命特性線５０２を求め、寿命特性線５０２の外挿により、閾値Ｖａに対応する特性点５０３を予測し、特性点５０３に対応する寿命時刻ｔ３を予測する。さらに、制御部１２３は、寿命時刻ｔ３から現在時刻ｔ２を減算した余命５０４を予測することができる。余命５０４は、電解コンデンサ１１０又は１１９の余命である。

図６は、電源回路１００のコンデンサ寿命診断方法を示すフローチャートである。ステップＳ６０１では、電源回路１００は、安定動作を確認すると、ステップＳ６０２に進む。ステップＳ６０２では、変動検出部１２２ａ内において、タイマ２０３がピークホールド部２０１の値及びボトムホールド部２０２の値をリセットし、変動検出部１２２ｃ内において、タイマ２０３がピークホールド部２０１の値及びボトムホールド部２０２の値をリセットする。次に、ステップＳ６０３では、変動検出部１２２ｂ内において、タイマ２０３がピークホールド部２０１の値及びボトムホールド部２０２の値をリセットする。次に、ステップＳ６０４では、変動検出部１２２ａ〜１２２ｃは、それぞれ、タイマ２０３の値をクリアする。

次に、ステップＳ６０５では、変動検出部１２２ａにおいて、ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１０の現在の出力電圧が、内部で保持している最大値より大きい場合にはその最大値を更新し、ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１０の現在の出力電圧が、内部で保持している最小値より小さい場合にはその最小値を更新する。また、変動検出部１２２ｂにおいて、ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１９の現在の出力電流が、内部で保持している最大値より大きい場合にはその最大値を更新し、ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１９の現在の出力電流が、内部で保持している最小値より小さい場合にはその最小値を更新する。また、変動検出部１２２ｃにおいて、ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１９の現在の出力電圧が、内部で保持している最大値より大きい場合にはその最大値を更新し、ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１９の現在の出力電圧が、内部で保持している最小値より小さい場合にはその最小値を更新する。

次に、ステップＳ６０６では、変動検出部１２２ａ〜１２２ｃは、それぞれ、タイマ２０３の値をカウントアップする。次に、ステップＳ６０７では、変動検出部１２２ａ〜１２２ｃは、タイマ２０３の値が一定値（例えば１日）より大きいか否かをチェックする。タイマ２０３の値が一定値以下である場合には、ステップＳ６０５に戻り、上記の処理を繰り返す。これにより、変動検出部１２２ａでは、ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１０の出力電圧の最大値を一定時間毎に検出し、ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１０の出力電圧の最小値を一定時間毎に検出する。また、変動検出部１２２ｂでは、ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１９の出力電流の最大値を一定時間毎に検出し、ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１９の出力電流の最小値を一定時間毎に検出する。また、変動検出部１２２ｃでは、ピークホールド部２０１は、電解コンデンサ１１９の出力電圧の最大値を一定時間毎に検出し、ボトムホールド部２０２は、電解コンデンサ１１９の出力電圧の最小値を一定時間毎に検出する。

ステップＳ６０７において、タイマ２０３の値が一定値より大きい場合には、ステップＳ６０８に進む。ステップＳ６０８では、変動検出部１２２ａでは、差分部２０４は、ピークホールド部２０１が保持する最大値及びボトムホールド部２０２が保持する最小値の差分を、電解コンデンサ１１０の出力電圧の変動の最大値として制御部１２３に出力する。また、変動検出部１２２ｂでは、差分部２０４は、ピークホールド部２０１が保持する最大値及びボトムホールド部２０２が保持する最小値の差分を、電解コンデンサ１１９の出力電流の変動の最大値として制御部１２３に出力する。また、変動検出部１２２ｃでは、差分部２０４は、ピークホールド部２０１が保持する最大値及びボトムホールド部２０２が保持する最小値の差分を、電解コンデンサ１１９の出力電圧の変動の最大値として制御部１２３に出力する。その後、ステップＳ６０２に戻り、上記の処理を繰り返すと共に、ステップＳ６１１に進む。

ステップＳ６１１では、制御部１２３は、変動検出部１２２ａが出力する電解コンデンサ１１０の出力電圧の変動の最大値、変動検出部１２２ｂが出力する電解コンデンサ１１９の出力電流の変動の最大値、及び変動検出部１２２ｃが出力する電解コンデンサ１１９の出力電圧の変動の最大値を内部のメモリに記録する。

次に、ステップＳ６１２では、制御部１２３は、電解コンデンサ１１９の出力電流の変動の最大値が規定値（閾値）より大きいか否かをチェックする。規定値より大きい場合には、負荷変動が所定値より大きいことを意味するので、ステップＳ６１４に進む。規定値以下である場合には、負荷変動が所定値以下であることを意味するので、ステップＳ６１３に進む。ステップＳ６１３では、図３の特性線３０１の信頼性が低いので、この電解コンデンサ１１９の出力電流の変動の最大値と同じ期間内に検出された電解コンデンサ１１０及び１１９の出力電圧の変動の最大値をステップＳ６１４の計算から除外する。これにより、余命予測の精度を向上させることができる。なお、ステップＳ６１２及びＳ６１３は、省略可能である。その後、ステップＳ６１４に進む。

ステップＳ６１４では、制御部１２３は、電解コンデンサ１１０の出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に、図５に示すように、電解コンデンサ１１０の寿命特性線５０２を導出する。また、制御部１２３は、電解コンデンサ１１９の出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に、図５に示すように、電解コンデンサ１１９の寿命特性線５０２を導出する。

次に、ステップＳ６１５では、制御部１２３は、図５に示すように、電解コンデンサ１１０の寿命特性線５０２の外挿により寿命特性点５０３を予測し、寿命特性点５０３を基に電解コンデンサ１１０の余命５０４を予測する。また、制御部１２３は、図５に示すように、電解コンデンサ１１９の寿命特性線５０２の外挿により寿命特性点５０３を予測し、寿命特性点５０３を基に電解コンデンサ１１９の余命５０４を予測する。

次に、ステップＳ６１６では、制御部１２３は、電解コンデンサ１１０又は１１９の余命５０４が規定値より短いか否かをチェックする。規定値より短い場合には、ステップＳ６１７に進み、規定値以上である場合には、ステップＳ６１１に戻る。

ステップＳ６１７では、制御部１２３は、電解コンデンサ１１０又は１１９の余命５０４が規定値より短いことを示すアラーム信号を出力し、アラームを通知する。例えば、制御部１２３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）によりアラーム点灯、ディスプレイにアラーム表示、スピーカによりアラーム音を鳴らすことができる。これにより、電源回路１００の交換時期を通知することができる。

以上のように、ステップＳ６１３では、制御部１２３は、変動検出部１２２ｂにより検出された出力電流の変動の最大値が閾値より小さい場合の変動検出部１２２ａ及び１２２ｃにより検出された出力電圧の変動の最大値を除外する。そして、制御部１２３は、変動検出部１２２ｂにより検出された出力電流の変動の最大値が閾値より大きい場合の変動検出部１２２ａ及び１２２ｃにより検出された出力電圧の変動の最大値の時間推移を基にコンデンサ１１０及び１１９の余命５０４を予測する。そして、制御部１２３は、そのコンデンサ１１０及び１１９の余命５０４を示す信号を出力する。

（第２の実施形態）
図７は第２の実施形態による電源システムの構成例を示す図であり、図８（Ａ）〜（Ｃ）はシミュレーション結果の電流波形及び電圧波形を示す図である。本実施形態（図７）は、第１の実施形態（図１）に対して、変動検出部１２２ａ〜１２２ｃの代わりにローパスフィルタ７２２ａ〜７２２ｂを設けたものである。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。

電流検出部１２０は、第１の実施形態と同様に、図８（Ａ）に示す電解コンデンサ１１９の出力電流を検出する。図８（Ａ）に示す電解コンデンサ１１９の出力電流は、負荷変動に伴う電流変動を示す。電圧検出部１２１は、第１の実施形態と同様に、図８（Ｂ）に示す電解コンデンサ１１９の出力電圧を検出する。図８（Ｂ）に示す電解コンデンサ１１９の出力電圧は、負荷変動に伴う電圧変動を示す。電圧波形８０１は、エリア８０２を拡大した波形を示し、電界効果トランジスタ１０８及び１１２のスイッチングによる電圧変動を示す。このように、スイッチングによる電圧変動は、負荷変動による電圧変動に比べて、かなり小さいことが分かる。電圧検出部１１１は、第１の実施形態と同様に、電解コンデンサ１１０の出力電圧を検出する。

ローパスフィルタ７２２ｃは、電圧検出部１２１により検出された電解コンデンサ１１９の出力電圧に対してローパスフィルタリングし、図８（Ｃ）に示すローパスフィルタリングした出力電圧を制御部１２３に出力する。電圧波形８０３は、エリア８０４を拡大した波形を示し、電界効果トランジスタ１０８及び１１２のスイッチングによる電圧変動が消滅し、一定電圧になっていることが分かる。制御部１２３は、図８（Ｃ）に示す出力電圧の一定時間内の最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮを検出し、最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮの差分を電解コンデンサ１１９の出力電圧の変動の最大値として検出する。

同様に、ローパスフィルタ７２２ａは、電圧検出部１１１により検出された電解コンデンサ１１０の出力電圧に対してローパスフィルタリングし、そのローパスフィルタリングした出力電圧を制御部１２３に出力する。また、ローパスフィルタ７２２ｂは、電流検出部１２０により検出された電解コンデンサ１１９の出力電流に対してローパスフィルタリングし、そのローパスフィルタリングした出力電流を制御部１２３に出力する。

制御部１２３は、図１の変動検出部１２２ａ〜１２２ｃの処理を行う。すなわち、制御部１２３は、変動検出部１２２ａと同様に、ローパスフィルタ７２２ａが出力する電解コンデンサ１１０の出力電圧の変動の一定時間内の最大値を検出する。また、制御部１２３は、変動検出部１２２ｂと同様に、ローパスフィルタ７２２ｂが出力する電解コンデンサ１１９の出力電流の変動の一定時間内の最大値を検出する。また、制御部１２３は、変動検出部１２２ｃと同様に、ローパスフィルタ７２２ｃが出力する電解コンデンサ１１９の出力電圧の変動の一定時間内の最大値を検出する。その後、制御部１２３は、第１の実施形態と同様に、電解コンデンサ１１０及び１１９の余命５０４を予測し、アラームを通知する。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態による電源システムの構成例を示す図である。電源システムは、電源装置及びサーバ１２４を有する。電源装置は、電源回路１００ａ、ダイオード９０１ａ、電源回路１００ｂ及びダイオード９０１ｂを有する。電源回路１００ａ及び１００ｂは、それぞれ、図１の電源回路１００と同じ構成を有する。ダイオード９０１ａは、アノードが電源回路１００ａの出力端子に接続され、カソードがサーバ１２４の電源端子に接続される。ダイオード９０１ｂは、アノードが電源回路１００ｂの出力端子に接続され、カソードがサーバ１２４の電源端子に接続される。電源回路１００ａ及び１００ｂは、サーバ１２４に対して、電源電圧を供給する。電圧波形９０２ａは、電源回路１００ａの出力電圧の波形を示す。電圧波形９０２ｂは、電源回路１００ｂの出力電圧の波形を示す。サーバ１２４がクラウド用サーバのように常に中負荷又は重負荷を保つ場合には、一定期間中に、電源回路１００ａ及び１００ｂのいずれかの出力電圧を意図的に変動させることにより、サーバ１２４の負荷を変動させる。この負荷変動により、電解コンデンサ１１０及び１１９の出力電圧の変動の最大値を取得できる。その後、電源回路１００ｂは、出力電圧を一定値に戻してよい。

（第４の実施形態）
図１０（Ａ）は、第４の実施形態による電源システムの構成例を示す図である。電源システムは、管理サーバ１００１及びサーバ群１００２を有する。サーバ群１００２は、複数の電源回路（電源装置）１００３ａ〜１００３ｄ及び複数のサーバ１００４ａ〜１００４ｄを有する。複数の電源回路１００３ａ〜１００３ｄは、それぞれ、図７の電源回路１００の構成を有し、複数のサーバ１００４ａ〜１００４ｄに電源電圧を供給する。ただし、管理サーバ１００１が図７の制御部１２３の処理を行う。管理サーバ１００１は、制御装置であり、複数のサーバ１００４ａ〜１００４ｄに複数の仮想マシンＶＭを割り当てる。

管理サーバ１００１は、複数の電源装置１００３ａ〜１００３ｄの電解コンデンサ１１０及び１１９の負荷変動に伴うコンデンサ１１０及び１１９の出力電圧の変動の最大値をそれぞれ一定時間毎に検出する。そして、管理サーバ１００１は、その検出した出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に、複数の電源回路１００３ａ〜１００３ｄの電解コンデンサ１１０及び１１９の余命５０４をそれぞれ予測する。そして、管理サーバ１００１は、負荷変動時に、その予測した複数の電源回路１００３ａ〜１００３ｄの電解コンデンサ１１０及び１１３の余命５０４に応じて複数のサーバ１００４ａ〜１００４ｄに複数の仮想マシンＶＭを割り当てる。

例えば、図１０（Ａ）では、管理サーバ１００１は、重負荷のためのサーバ１００４ａ〜１００４ｄ内の仮想マシンＶＭの割り当て例を示す。図１０（Ａ）の状態の後、負荷が重負荷から軽負荷に切り替わると、管理サーバ１００１は、図１０（Ｂ）に示すように、消費電力削減のため、サーバ１００４ａ〜１００４ｄに対して仮想マシンＶＭを再割り当てする。この際、管理サーバ１００１は、余命５０４が短い電源回路１００３ｄから電源電圧が供給されるサーバ１００４ｄ内の仮想マシンＶＭの数を３個から２個に減らす。すなわち、管理サーバ１００１は、余命５０４が短い電源回路１００３ｄから電源電圧が供給されるサーバ１００４ｄよりも、余命５０４が長い電源回路１００３ａ〜１００３ｃから電源電圧が供給されるサーバ１００４ａ〜１００４ｃに対して優先的に、仮想マシンＶＭを割り当てる。これにより、信頼性が低い電源回路１００３ｄに対応するサーバ１００４ｄの使用頻度を減らすことができる。すると、電源回路１００３ｄの使用頻度が減り、電源回路１００３ｄの余命５０４の減りを遅らせることができる。これにより、すべての電源回路１００３ａ〜１００３ｄの余命を平準化し、電源回路交換のコストを削減することができる。

図１０（Ｂ）の状態の後、負荷が軽負荷から重負荷に切り替わると、管理サーバ１００１は、図１０（Ｃ）に示すように、消費電力削減のため、サーバ１００４ａ〜１００４ｄに対して仮想マシンＶＭを再割り当てする。この際、管理サーバ１００１は、余命５０４が短い電源回路１００３ｄから電源電圧が供給されるサーバ１００４ｄ内の仮想マシンＶＭの数を２個から０個に減らす。すなわち、管理サーバ１００１は、余命５０４が短い電源回路１００３ｄから電源電圧が供給されるサーバ１００４ｄよりも、余命５０４が長い電源回路１００３ａ〜１００３ｃから電源電圧が供給されるサーバ１００４ａ〜１００４ｃに対して優先的に、仮想マシンＶＭを割り当てる。サーバ１００４ｄに割り当てられる仮想マシンＶＭの数が０個になると、電源回路１００３ｄ及びサーバ１００４ｄは、停止状態になり、余命５０４が短い電源回路１００３ｄの交換が可能になる。

以上のように、本実施形態によれば、余命５０４が長い電源回路１００３ａ〜１００３ｃに対応するサーバ１００４ａ〜１００４ｃに優先的に仮想マシンＶＭを割り当てることにより、電源回路１００３ａ〜１００３ｄの余命５０４の平準化が進み、電源回路の交換コストを削減することができる。

また、上記の仮想マシンＶＭの再割り当てを長期に渡って繰り返すことにより、余命５０４が短くてメンテナンス優先度が高い電源回路１００３ｄに対応するサーバ１００４ｄは停止状態になる頻度が増加し、メンテナンスを実行する時に改めて、仮想マシンＶＭを移動したり、サーバ１００４ｄを停止する必要がなくなるため、メンテナンスコストを低減することができる。

また、サーバ１００４ａ〜１００４ｄをデータセンタとして使用するユーザにとっても、仮想マシンＶＭが動作中のサーバ１００４ａ，１００４ｂに対応する電源回路１００３ａ，１００３ｂの故障の可能性が低減され、信頼性を向上させることができる。また、信頼性を重視してより高い料金を支払ってくれるユーザの仮想マシンＶＭを余命５０４が長い電源回路１００３ａ〜１００３ｃに対応するサーバ１００４ａ〜１００４ｃに優先的に割り当てることができる。また、余命５０４が短い電源回路１００３ｄに対応するサーバ１００４ｄには、コストを重視して、仮想マシンＶＭの一時的な停止を容認するユーザの仮想マシンＶＭを割り当てることにより、過剰な冗長が排除され、データセンタ全体での損益向上に寄与する。

（第５の実施形態）
図１１（Ａ）は、第５の実施形態による図１及び図７の制御部１２３の一部の構成例を示す図である。制御部１２３は、マイコン１１００、ローパスフィルタ１１０１，１１０７、ゲイン部１１０２，１１０５，１１０８、アナログデジタル変換器１１０３，１１０６，１１０９、及び目標電圧部１１０４を有する。図１１（Ｃ）に示すように、マイコン１１００は、コンピュータであり、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１１２１、タイマ１１２２、ＲＯＭ１１２３及びＲＡＭ１１２４を有する。ＤＳＰ１１２１は、デジタル信号処理を行う。タイマ１１２２は、タイマ値のカウントを行う。ＲＯＭ１１２３は、プログラム等を記憶する。ＲＡＭ１１２４は、ＤＳＰ１１２１のワーキング領域である。ＤＳＰ１１２１は、ＲＯＭ１１２３内のプログラムを実行することにより、第１〜第４の実施形態のコンデンサ寿命診断方法の処理及び図１１（Ａ）の機能モジュール１１１０〜１１１５の処理を含む各種処理を行う。マイコン１１００は、プログラムの機能モジュールとして、減算部１１１０、補償器１１１１、縮小率計算部１１１２、タイマ１１１３、デューティ比変更部１１１４、及びパルス幅変調（ＰＷＭ）部１１１５を有する。

図１及び図７の電圧検出部１２１は、電解コンデンサ１１９の出力電圧Ｖｏ１を検出する。ローパスフィルタ１１０１は、電圧検出部１２１により検出された出力電圧Ｖｏ１のうちのカットオフ周波数より高い周波数の成分を減衰させて出力する。ゲイン部１１０２は、ローパスフィルタ１１０１の出力電圧にゲインｋ１を乗じた電圧を出力する。アナログデジタル変換器１１０３は、ゲイン部１１０２の出力電圧をアナログからデジタルに変換し、デジタル出力電圧Ｖｄ１をマイコン１１００に出力する。

目標電圧部１１０４は、目標電圧Ｖｔ１を出力する。目標電圧Ｖｔ１は、例えば１９Ｖである。ゲイン部１１０５は、目標電圧Ｖｔ１にゲインｋ２を乗じた電圧を出力する。アナログデジタル変換器１１０６は、ゲイン部１１０５の出力電圧をアナログからデジタルに変換し、デジタル目標電圧Ｖｄ２をマイコン１１００に出力する。

減算部１１１０は、デジタル目標電圧Ｖｄ２からデジタル出力電圧Ｖｄ１を減算し、その減算結果を出力する。補償器１１１１は、デューティ比演算部であり、減算部１１１０の出力値を基に、電界効果トランジスタ１１２のゲート電圧Ｖｇ１のデューティ比を演算する。ゲート電圧Ｖｇ１のデューティ比は、ゲート電圧Ｖｇ１のハイレベル時間をゲート電圧Ｖｇ１の周期で除算した値である。デューティ比変更部１１１４は、通常、補償器１１１１により演算されたデューティ比を変更せずにＰＷＭ部１１１５に出力する。ＰＷＭ部１１１５は、デューティ比変更部１１１４が出力するデューティ比を基に、パルス幅変調したゲート電圧Ｖｇ１を電界効果トランジスタ１１２のゲートに出力する。これにより、マイコン１１００は、出力電圧Ｖｏ１が目標電圧Ｖｔ１に近づくように、ゲート電圧Ｖｇ１を生成する。

第１〜第４の実施形態では、制御部１２３は、電解コンデンサ１１９の負荷急変に伴う電解コンデンサ１１９の出力電圧Ｖｏ１の変動の最大値を検出したが、定常的に一定の出力電圧Ｖｏ１で動作する場合には電解コンデンサ１１９の余命予測が困難である。本実施形態では、マイコン１１００は、図１１（Ｂ）に示すように、安定動作中に電界効果トランジスタ１１２のゲート電圧Ｖｇ１のパルス幅（デューティ比）を１パルスだけ強制的に変更し、負荷急変と同等の出力電圧Ｖｏ１の変動を発生させる。ただし、デューティ比の変更量は、出力電流Ｉｏ１とその時点でのデューティ比を基に、負荷（サーバ１２４）の要求スペックを逸脱しないように決定する。以下、ゲート電圧Ｖｇ１のパルス幅を１パルスだけ強制的に変更する方法を説明する。

図１及び図７の電流検出部１２０は、電解コンデンサ１１９の出力電流Ｉｏ１を検出する。ローパスフィルタ１１０７は、電流検出部１２０により検出された出力電流Ｉｏ１のうちのカットオフ周波数より高い周波数の成分を減衰させて出力する。ゲイン部１１０８は、ローパスフィルタ１１０７の出力電流にゲインｋ１を乗じた電流を出力する。アナログデジタル変換器１１０９は、ゲイン部１１０８の出力電流をアナログからデジタルに変換し、デジタル出力電流をマイコン１１００に出力する。

縮小率計算部１１１２は、アナログデジタル変換器１１０９が出力するデジタル出力電流及び補償器１１１１が出力するデューティ比を基に、ゲート電圧Ｖｇ１のデューティ比の縮小率βを計算する。デューティ比変更部１１１４は、補償器１１１１が出力するデューティ比に対して、縮小率βを基に１パルスだけデューティ比を縮小する。ＰＷＭ部１１１５は、デューティ比変更部１１１４が出力するデューティ比を基に、図１１（Ｂ）に示すように、１パルスだけデューティ比が縮小されたゲート電圧Ｖｇ１を出力する。

図１２（Ａ）は、デューティ比変更部１１１４が出力するデューティ比に相当する電圧１２０１〜１２０３を示す図である。電圧１２０１は、出力電流Ｉｏ１が１０Ａである場合の電圧である。電圧１２０２は、出力電流Ｉｏ１が２０Ａである場合の電圧である。電圧１２０３は、出力電流Ｉｏ１が３０Ａである場合の電圧である。デューティ比変更部１１１４は、デューティ比を縮小するため、期間１２０４だけデューティ比に相当する電圧１２０１〜１２０３を低くする。

図１２（Ｂ）は、電解コンデンサ１１９の出力電圧１２１１〜１２１３の波形を示す図である。出力電圧１２１１は、出力電流Ｉｏ１が１０Ａである場合の出力電圧Ｖｏ１である。出力電圧１２１２は、出力電流Ｉｏ１が２０Ａである場合の出力電圧Ｖｏ１である。出力電圧１２１３は、出力電流Ｉｏ１が３０Ａである場合の出力電圧Ｖｏ１である。図１２（Ａ）に示すデューティ比に相当する電圧１２０１〜１２０３が低くなると、図１２（Ｂ）に示す出力電圧１２１１〜１２１３も低くなる。これにより、出力電圧１２１１〜１２１３は、負荷急変の場合と同様に、変動する。

図１２（Ｃ）は、ローパスフィルタ１１０１が出力する電圧１２２１〜１２２３の波形を示す図である。電圧１２２１は、出力電流Ｉｏ１が１０Ａである場合のローパスフィルタ１１０１の出力電圧である。出力電圧１２２２は、出力電流Ｉｏ１が２０Ａである場合のローパスフィルタ１１０１の出力電圧である。出力電圧１２２３は、出力電流Ｉｏ１が３０Ａである場合のローパスフィルタ１１０１の出力電圧である。図１２（Ａ）に示すデューティ比に相当する電圧１２０１〜１２０３が低くなると、図１２（Ｃ）に示す電圧１２２１〜１２２３も低くなる。

なお、デューティ比を縮小するパルス数は、１個に限定されず、連続する複数個のパルスのデューティ比を縮小してもよい。また、デューティ比を縮小する代わりに、デューティ比を拡大してもよい。

電源回路１００は、ｎ周期だけデューティ比をβ倍すると、出力電力Ｐ１から出力電力Ｐ２に減少する。その電力変動ΔＰは、次式（１）により表される。
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝ｎ×（１−β）×Ｐ１ ・・・（１）

図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、ｎ＝１及びβ＝１／４の場合を示す。ｎが小さければ、補償器１１１１は応答しないため、足りない電流は電解コンデンサ１１９から引き抜かれる。また、出力電圧Ｖｏ１の電圧変動ΔＶは、電解コンデンサ１１９の容量値Ｃ、図１３（Ｂ）のＥＳＲ１３１５の抵抗値Ｒ、出力電圧Ｖｏ１、ゲート電圧Ｖｇ１の周期Ｔ１を基に一次近似すると、次式（２）で表される。
ΔＶ＝Ｖｏ１−√［Ｖｏ１²−｛（２／Ｃ）×（１−β）×Ｐ１×ｎ×Ｔ１｝］
＋Ｒ×（１−β）×Ｐ１／Ｖｏ１ ・・・（２）

この電圧変動ΔＶが電源回路１００の規格内に収まるように、パルス数ｎ及び縮小率βを決定することにより、負荷（サーバ１２４）に影響を与えずに、電解コンデンサ１１９の余命を予測することができる。

図１３（Ａ）は、電解コンデンサ１１９の構造例を示す図である。電解コンデンサ１１９は、陽極箔１３０１、誘電体（Ａｌ₂Ｏ₃）１３０２、電解液１３０３、電解紙１３０４、及び陰極箔１３０５を有する。

図１３（Ｂ）は、電解コンデンサ１１９の等化回路を示す図である。電解コンデンサ１１９は、インダクタ１３１１、ダイオード１３１２、コンデンサ１３１３、抵抗１３１４、抵抗１３１５、ダイオード１３１６、コンデンサ１３１７、抵抗１３１８、及びインダクタ１３１９を有する。抵抗１３１５は、等化直列抵抗（ＥＳＲ）である。

図１３（Ｃ）は、縮小率βの決定方法を説明するための図であり、出力電流Ｉｏ１が１０Ａ、２０Ａ、３０Ａ及び４０Ａの場合のＥＳＲ１３１５の抵抗値に対する電圧変動ΔＶの関係を示す。例えば、電源回路１００は、電圧変動ΔＶの絶対値が６００ｍＶ以下であることのスペックと、ＥＳＲ１３１５の抵抗値が２０ｍΩ以下であることのスペックが要求されている。このスペックを満たすように、縮小率βを決める必要がある。例えば、定常時の出力電流Ｉｏ１が２０Ａの場合には、縮小率βを１／４以上の値に決定すればよい。この場合、デューティ比変更部１１１４は、例えば、デューティ比を４０％から１０％に変更する。これにより、負荷（サーバ１２４）に影響を与えずに、電解コンデンサ１１９の余命を予測することができる。また、出力電流Ｉｏ１が２０Ａより大きいときには、縮小率βをさらに大きな値にすればよい。

図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、マイコン１１００の処理例を示すフローチャートである。この処理は、一定時間（例えば１日）間隔で１回行われる。ステップＳ１４０１では、縮小率計算部１１１２は、補償器１１１１からデューティ比Ｄを取得し、アナログデジタル変換器１１０９からデジタル出力電流を取得する。次に、ステップＳ１４０２では、縮小率計算部１１１２は、今回のデューティ比Ｄを基に、これまでの平均のデューティ比Ｄ＿ａｖｅを計算する。次に、ステップＳ１４０３では、縮小率計算部１１１２は、平均デューティ比Ｄ＿ａｖｅとデューティ比Ｄとの差分の絶対値を変動Ｄ＿ｅｒｒとして演算する。次に、ステップＳ１４０４では、縮小率計算部１１１２は、変動Ｄ＿ｅｒｒが閾値より大きい場合には、ステップＳ１４０５に処理を進め、変動Ｄ＿ｅｒｒが閾値以下である場合には、ステップＳ１４０６に処理を進める。ステップＳ１４０５では、タイマ１１１３は、タイマ値Ｔ２を０にリセットし、タイマ値Ｔ２のカウントを開始する。その後、縮小率計算部１１１２は、出力電圧Ｖｏ１の電圧変動ΔＶが大きいので、縮小率βを決定せずに、処理を終了する。これにより、出力電圧Ｖｏ１の変動が大きい場合にデューティ比を縮小し、出力電圧Ｖｏ１の電圧変動ΔＶの絶対値が６００ｍＶのスペックを超えてしまうことを防止できる。

ステップＳ１４０６では、縮小率計算部１１１２は、タイマ値Ｔ２が安定時間以下である場合には、出力電圧Ｖｏ１の変動が未だ安定していないので、ステップＳ１４０１に処理を戻し、上記の処理を繰り返す。また、縮小率計算部１１１２は、タイマ値Ｔ２が安定時間より大きい場合には、出力電圧Ｖｏ１の変動が安定しているので、ステップＳ１４１１に処理を進める。

ステップＳ１４１１では、縮小率計算部１１１２は、補償器１１１１から取得したデューティ比Ｄ及びアナログデジタル変換器１１０９から取得したデジタル出力電流を基に、スペックを満たす縮小率βを計算する。次に、ステップＳ１４１２では、デューティ比変更部１１１４は、デューティ比Ｄに縮小率βを乗算し、ｎパルス分のデューティ比を変更する。次に、ステップＳ１４１３では、ＰＷＭ部１１１５は、デューティ比変更部１１１４により変更されたデューティ比を基に、ｎパルス分のデューティ比が縮小されたゲート電圧Ｖｇ１を出力する。これにより、出力電圧Ｖｏ１が変動するので、制御部１２３は、第１〜第４の実施形態と同様に、電解コンデンサ１１９の余命を予測する。

以上のように、電界効果トランジスタ１１２は、電解コンデンサ１１９に電力を供給するスイッチである。補償器１１１１は、デューティ比演算部であり、電解コンデンサ１１９の出力電圧Ｖｏ１が目標電圧（目標値）Ｖｔ１に近づくように電界効果トランジスタ１１２のゲート電圧（制御パルス）Ｖｇ１のデューティ比を演算する。デューティ比変更部１１１４及びＰＷＭ部１１１５は、パルス生成部であり、補償器１１１１により演算されたデューティ比を１パルス又は複数パルスだけ変更し、その変更されたデューティ比を基に電界効果トランジスタ１１２のゲート電圧Ｖｇ１を生成する。図１の変動検出部１２２ｃは、上記のデューティ比の変更に伴う電解コンデンサ１１９の出力電圧Ｖｏ１の変動の最大値を検出する。制御部１２３は、変動検出部１２２ｃの検出結果を基に電解コンデンサ１１９の余命を予測する。

（第６の実施形態）
図１５（Ａ）は、第６の実施形態による図１及び図７の制御部１２３の一部の構成例を示す図である。第５の実施形態では、制御部１２３が電界効果トランジスタ１１２のゲート電圧Ｖｇ１を制御する例を説明したが、第６の実施形態では、制御部１２３が電界効果トランジスタ１０８のゲート電圧Ｖｇ２を制御する例を説明する。以下、図１５（Ａ）が図１１（Ａ）と異なる点を説明する。

図１及び図７の電圧検出部１１１は、電解コンデンサ１１０の出力電圧Ｖｏ２を検出する。ローパスフィルタ１１０１は、電圧検出部１１１により検出された出力電圧Ｖｏ２のうちのカットオフ周波数より高い周波数の成分を減衰させて出力する。ゲイン部１１０２は、ローパスフィルタ１１０１の出力電圧にゲインｋ１を乗じた電圧を出力する。アナログデジタル変換器１１０３は、ゲイン部１１０２の出力電圧をアナログからデジタルに変換し、デジタル出力電圧Ｖｄ１をマイコン１１００に出力する。

目標電圧部１１０４は、目標電圧Ｖｔ２を出力する。目標電圧Ｖｔ２は、例えば４００Ｖである。ゲイン部１１０５は、目標電圧Ｖｔ２にゲインｋ２を乗じた電圧を出力する。アナログデジタル変換器１１０６は、ゲイン部１１０５の出力電圧をアナログからデジタルに変換し、デジタル目標電圧Ｖｄ２をマイコン１１００に出力する。

図１及び図７の電流検出部１２５は、電解コンデンサ１１０の出力電流Ｉｏ２を検出する。ローパスフィルタ１１０７は、電流検出部１２５により検出された出力電流Ｉｏ２のうちのカットオフ周波数より高い周波数の成分を減衰させて出力する。ゲイン部１１０８は、ローパスフィルタ１１０７の出力電流にゲインｋ１を乗じた電流を出力する。アナログデジタル変換器１１０９は、ゲイン部１１０８の出力電流をアナログからデジタルに変換し、デジタル出力電流をマイコン１１００に出力する。

マイコン１１００は、第５の実施形態と同様に、アナログデジタル変換器１１０９が出力するデジタル出力電流、デジタル出力電圧Ｖｄ１及びデジタル目標電圧Ｖｄ２を基に、電界効果トランジスタ１０８のゲート電圧Ｖｇ２を出力する。減算部１１１０は、デジタル目標電圧Ｖｄ２からデジタル出力電圧Ｖｄ１を減算し、その減算結果を出力する。補償器１１１１は、減算部１１１０の出力値を基に、電界効果トランジスタ１０８のゲート電圧Ｖｇ２のデューティ比を演算する。ＰＷＭ部１１１５は、デューティ比変更部１１１４が出力するデューティ比を基に、パルス幅変調したゲート電圧Ｖｇ２を電界効果トランジスタ１０８のゲートに出力する。これにより、マイコン１１００は、出力電圧Ｖｏ２が目標電圧Ｖｔ２に近づくように、ゲート電圧Ｖｇ２を生成する。デューティ比変更部１１１４は、連続する複数パルスのデューティ比を変更する。

図１５（Ｂ）の交流電圧１５０１は、交流電源１０１が出力する交流電圧であり、周期が２０ｍｓである。図１及び図７の電界効果トランジスタ１０８は、交流電圧１５０１の力率を改善する力率改善回路であり、交流電圧１５０１の半周期（１０ｍｓ）から１周期（２０ｍｓ）の瞬断耐性が要求されるため、電解コンデンサ１１０の容量が非常に大きい。このため、制御部１２３が電界効果トランジスタ１０８のゲート電圧Ｖｇ２の数パルスのデューティ比を縮小した程度では、電解コンデンサ１１０の出力電圧Ｖｏ２の変動は検出できない。電解コンデンサ１１０の出力電圧Ｖｏ２を変動させるには、閾値以上の期間の複数パルスで、電界効果トランジスタ１０８のゲート電圧Ｖｇ２のデューティ比を縮小率βだけ縮小する必要がある。縮小率計算部１１１２は、例えば、縮小率β＝１／４をデューティ比変更部１１１４に出力する。例えば、図１５（Ｂ）に示すように、デューティ比変更部１１１４は、交流電圧１５０１のピーク付近の５ｍｓの第１の期間で、デューティ比に相当する電圧１５０３を低下させる。ＰＷＭ部１１１５は、その５ｍｓの第１の期間で、パルス幅が狭いゲート電圧Ｖｇ２を生成する。これにより、電界効果トランジスタ１０８のオン時間が短くなり、電解コンデンサ１１０の出力電圧１５０２が変動する。制御部１２３は、この出力電圧１５０２の変動を基に、第１〜第４の実施形態と同様に、電解コンデンサ１１０及び１１９の余命を予測することができる。

以上のように、補償器１１１１は、デューティ比演算部であり、電解コンデンサ１１０の出力電圧Ｖｏ２が目標電圧（目標値）Ｖｔ２に近づくように電界効果トランジスタ１０８のゲート電圧（制御パルス）Ｖｇ２のデューティ比を演算する。デューティ比変更部１１１４及びＰＷＭ部１１１５は、パルス生成部であり、補償器１１１１により演算されたデューティ比を第１の期間だけ変更し、その変更されたデューティ比を基に電界効果トランジスタ１０８のゲート電圧Ｖｇ２を生成する。図１の変動検出部１２２ａは、そのデューティ比の変更に伴う電解コンデンサ１１０の出力電圧Ｖｏ２の変動の最大値を検出する。変動検出部１２２ｃは、そのデューティ比の変更に伴う電解コンデンサ１１９の出力電圧Ｖｏ１の変動の最大値を検出する。制御部１２３は、変動検出部１２２ａの検出結果を基に電解コンデンサ１１０の余命を予測し、変動検出部１２２ｃの検出結果を基に電解コンデンサ１１９の余命を予測する。

本実施形態のマイコン１１００は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び上記のプログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００ 電源回路
１０１ 交流電源
１０２ 整流回路
１０３〜１０６ ダイオード
１０７ インダクタ
１０８ ｎチャネル電界効果トランジスタ
１０９ ダイオード
１１０ 電解コンデンサ
１１１ 電圧検出部
１１２ ｎチャネル電界効果トランジスタ
１１３ トランス
１１４ 一次巻線
１１５ 二次巻線
１１６，１１７ ダイオード
１１８ インダクタ
１１９ 電解コンデンサ
１２０ 電流検出部
１２１ 電圧検出部
１２２ａ〜１２２ｃ 変動検出部
１２３ 制御部
１２４ サーバ

Claims (18)

1. 第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を一定時間毎に検出する第１の変動検出部と、
   前記第１の変動検出部により検出された前記出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に前記第１のコンデンサの余命を予測し、前記第１のコンデンサの余命を示す信号を出力する出力部と
   を有することを特徴とするコンデンサ寿命診断装置。
2. さらに、前記第１のコンデンサの出力電流の変動の最大値を前記一定時間毎に検出する第２の変動検出部を有し、
   前記出力部は、前記第２の変動検出部により検出された前記出力電流の変動の最大値が閾値より小さい場合の前記第１の変動検出部により検出された前記出力電圧の変動の最大値を除き、前記第２の変動検出部により検出された前記出力電流の変動の最大値が前記閾値より大きい場合の前記第１の変動検出部により検出された前記出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に前記第１のコンデンサの余命を予測し、前記第１のコンデンサの余命を示す信号を出力することを特徴とする請求項１記載のコンデンサ寿命診断装置。
3. 前記第１の変動検出部は、
   前記第１のコンデンサの出力電圧の前記一定時間内の最大値を検出するピークホールド部と、
   前記第１のコンデンサの出力電圧の前記一定時間内の最小値を検出するボトムホールド部と、
   前記ピークホールド部が検出した最大値及び前記ボトムホールド部が検出した最小値の差分を出力する差分部とを有することを特徴とする請求項１又は２記載のコンデンサ寿命診断装置。
4. 前記第１のコンデンサは、電解コンデンサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサ寿命診断装置。
5. さらに、一次巻線及び二次巻線を含み、前記一次巻線の電圧を変圧し、前記変圧した電圧を前記二次巻線に出力するトランスと、
   前記トランスの前記二次巻線の電圧を整流し、前記整流した電圧を前記第１のコンデンサに出力する第１の整流回路とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサ寿命診断装置。
6. さらに、交流電圧を整流する第２の整流回路を有し、
   前記第２の整流回路により整流された電圧が印加される第２のコンデンサと、
   前記第２のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を検出する第３の変動検出部とを有し、
   前記トランスは、前記第２のコンデンサの出力電圧を変圧し、
   前記出力部は、前記第３の変動検出部により検出された前記出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に前記第２のコンデンサの余命を予測し、前記第２のコンデンサの余命を示す信号を出力することを特徴とする請求項５記載のコンデンサ寿命診断装置。
7. さらに、前記第２の整流回路及び前記トランスの前記一次巻線の間に接続される第１のトランジスタを有することを特徴とする請求項６記載のコンデンサ寿命診断装置。
8. さらに、ソースがグランド電位ノードに接続される第２のトランジスタと、
   前記第２の整流回路及び前記第２のトランジスタのドレイン間に接続されるインダクタと、
   アノードが前記第２のトランジスタのドレインに接続され、カソードが前記第２のコンデンサに接続されるダイオードとを有することを特徴とする請求項６又は７記載のコンデンサ寿命診断装置。
9. さらに、交流電圧を整流し、前記整流した電圧を前記第１のコンデンサに出力する整流回路を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサ寿命診断装置。
10. 前記第１の変動検出部は、前記第１のコンデンサの負荷変動に伴う前記第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を一定時間毎に検出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のコンデンサ寿命診断装置。
11. 前記第１のコンデンサは、負荷に電圧を出力し、
    さらに、前記負荷に電圧を出力する電源回路を有し、
    前記電源回路が出力電圧を変動させることにより、前記負荷を変動させることを特徴とする請求項１０記載のコンデンサ寿命診断装置。
12. さらに、前記第１のコンデンサに電力を供給するスイッチと、
    前記第１のコンデンサの出力電圧が目標値に近づくように前記スイッチの制御パルスのデューティ比を演算するデューティ比演算部と、
    前記演算されたデューティ比を１パルス又は複数パルスだけ変更し、前記変更されたデューティ比を基に前記スイッチの制御パルスを生成するパルス生成部とを有し、
    前記第１の変動検出部は、前記デューティ比の変更に伴う前記第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を検出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のコンデンサ寿命診断装置。
13. さらに、前記第１のコンデンサの出力電圧が目標値に近づくように前記第１のトランジスタの制御パルスのデューティ比を演算するデューティ比演算部と、
    前記演算されたデューティ比を１パルス又は複数パルスだけ変更し、前記変更されたデューティ比を基に前記第１のトランジスタの制御パルスを生成するパルス生成部とを有し、
    前記第１の変動検出部は、前記デューティ比の変更に伴う前記第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を検出することを特徴とする請求項７記載のコンデンサ寿命診断装置。
14. さらに、前記第２のコンデンサの出力電圧が目標値に近づくように前記第２のトランジスタの制御パルスのデューティ比を演算するデューティ比演算部と、
    前記演算されたデューティ比を第１の期間だけ変更し、前記変更されたデューティ比を基に前記第２のトランジスタの制御パルスを生成するパルス生成部とを有し、
    前記第３の変動検出部は、前記デューティ比の変更に伴う前記第２のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を検出することを特徴とする請求項８記載のコンデンサ寿命診断装置。
15. さらに、前記第２のコンデンサの出力電圧が目標値に近づくように前記第２のトランジスタの制御パルスのデューティ比を演算するデューティ比演算部と、
    前記演算されたデューティ比を第１の期間だけ変更し、前記変更されたデューティ比を基に前記第２のトランジスタの制御パルスを生成するパルス生成部とを有し、
    前記第１の変動検出部は、前記デューティ比の変更に伴う前記第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を検出することを特徴とする請求項８記載のコンデンサ寿命診断装置。
16. 複数のサーバと、
    前記複数のサーバに複数の仮想マシンを割り当てる制御装置と、
    前記複数のサーバにそれぞれ電源電圧を供給する複数の電源装置とを有し、
    前記複数の電源装置の各々は、充電された電圧を出力する第１のコンデンサを有し、
    前記制御装置は、前記複数の電源装置の前記第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値をそれぞれ一定時間毎に検出し、前記検出した前記出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に、前記複数の電源装置の前記第１のコンデンサの余命をそれぞれ予測し、前記予測した前記複数の電源装置の前記第１のコンデンサの余命に応じて前記複数のサーバに複数の仮想マシンを割り当てることを特徴とする電源システム。
17. 第１の変動検出部により、第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を一定時間毎に検出し、
    出力部により、前記第１の変動検出部により検出された前記出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に前記第１のコンデンサの余命を予測し、前記第１のコンデンサの余命を示す信号を出力することを特徴とするコンデンサ寿命診断方法。
18. 第１のコンデンサの出力電圧の変動の最大値を一定時間毎に検出し、
    前記検出された前記出力電圧の変動の最大値の時間推移を基に前記第１のコンデンサの余命を予測し、前記第１のコンデンサの余命を示す信号を出力する、
    処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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