JP2022053970A - 信号判定装置、電力供給装置、信号判定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給装置において、負荷の軽い動作モードにおける異常な状態を回避することができる信号判定装置を提供する。【解決手段】信号判定装置は、電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定する判定手段と、を備える。【選択図】図１０

Description

本発明は、信号判定装置、電力供給装置、信号判定方法及びプログラムに関する。

コンバータ回路などの電力変換回路は、負荷に応じて供給する電力を変更することがある。
特許文献１には、関連する技術として、スイッチング素子に供給するパルス信号を切り替える技術が開示されている。

特開２０１６－０６３６２１号公報

ところで、負荷に電力を供給する電力供給装置において、負荷の軽い動作モードにおいてスイッチング素子に印加されるパルス信号が異常な状態になった場合、スイッチング素子が破損する可能性がある。そのため、電力供給装置において、負荷の軽い動作モードにおける異常な状態を回避することのできる技術が求められている。

本発明の各態様は、上記の課題を解決することのできる信号判定装置、電力供給装置、信号判定方法及びプログラムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、信号判定装置は、電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定する判定手段と、を備える。

上記目的を達成するために、本発明の別の態様によれば、電力供給装置は、前記信号判定装置と、前記電力変換回路と、を備える。

上記目的を達成するために、本発明の別の態様によれば、信号判定方法は、電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出することと、検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定することと、を含む。

上記目的を達成するために、本発明の別の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出することと、
検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定することと、を実行させる。

本発明の各態様によれば、電力供給装置において、負荷の軽い動作モードにおける異常な状態を回避することができる。

本発明の一実施形態による電力供給装置の構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるパルス信号を説明するための第１の図である。 本発明の一実施形態におけるパルス信号を説明するための第２の図である。 本発明の一実施形態による電力供給装置の処理フローの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による電力供給装置の効果を説明するための第１の図である。 本発明の一実施形態による電力供給装置の効果を説明するための第２の図である。 本発明の一実施形態による電力供給装置の効果を説明するための第３の図である。 本発明の一実施形態による電力供給装置の効果を説明するための第４の図である。 本発明の一実施形態による電力供給装置の効果を説明するための第５の図である。 本発明の実施形態による信号判定装置の最小構成を示す図である。 本発明の実施形態による最小構成の信号判定装置の処理フローの一例を示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
＜実施形態＞
本発明の一実施形態による電力供給装置１は、情報処理システムなどにおいて、負荷が低い場合の効率を改善する装置である。電力供給装置１は、図１に示すように、電源１０、第１キャパシタ２０、コンバータ回路３１（電力変換回路の一例）、トランス４０、整流回路５０、インダクタ６０、第２キャパシタ７０、電流検出回路８０、制御回路９０、信号判定装置１００、第３キャパシタ１１０、第４キャパシタ１２０、パルストランス１３０を備える。

電源１０は、直流電力を出力する。第１キャパシタ２０は、電源１０が出力する電圧のリップルを低減する。

コンバータ回路３１は、所望の電圧を出力する回路である。例えば、コンバータ回路３１は、直流電圧から所望の電圧を生成するＤＣ－ＤＣコンバータである。コンバータ回路３１は、スイッチング素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを備える。以下、スイッチング素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを総称してスイッチング素子３０と呼ぶ。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Mｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＭＯＳトランジスタと記載）などである。スイッチング素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄのそれぞれが制御信号に基づいてオン状態とオフ状態との間で切り替わることによって、コンバータ回路３１は、電源１０が出力する直流電圧から所望の電圧を生成する。

トランス４０は、コンバータ回路３１が生成した電圧を１次側（入力側）コイルで受ける。トランス４０は、１次側コイルで受けた電圧を異なる振幅の電圧に変換し、その変換後の電圧を２次側コイルから整流回路５０へ出力する。

整流回路５０は、トランス４０が出力する電圧を整流することによって直流電圧を生成する。インダクタ６０および第２キャパシタ７０は、フィルタを構成する。このフィルタにより、整流回路５０が生成した直流電圧に重畳する高周波成分の電圧が除去される。高周波成分の電圧が除去された電圧は、負荷２に供給される。

電流検出回路８０は、信号線Ｌ１を介して信号判定装置１００と接続される。電流検出回路８０は、電圧が負荷２に供給されたときに負荷２に流れる電流の値を検出する。電流検出回路８０は、検出した電流の値を、信号線Ｌ１を介して信号判定装置１００に出力する。

制御回路９０は、信号線Ｌ２を介して信号判定装置１００と接続される。制御回路９０は、信号生成部９０ａを備える。信号生成部９０ａは、後述する信号判定装置１００から出力される指示信号に基づいて、スイッチング素子３０を制御する制御信号の元となるパルス信号を生成する。負荷２が所定の負荷以上である通常時には、連続動作モードとなり、信号生成部９０ａが生成するパルス信号は、図２に示すような、連続したパルス信号である。また、負荷２が所定の負荷未満である低負荷時には、間欠動作モードとなり、信号生成部９０ａが生成するパルス信号は、図３に示すような、パルス信号が出力されない間欠期間が存在するパルス信号である。信号生成部９０ａは、端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有する。信号生成部９０ａは、生成したパルス信号を、端子ＡとＢ、端子ＣとＤのそれぞれから信号判定装置１００、第３キャパシタ１１０、第４キャパシタ１２０を介してパルストランス１３０に出力する。なお、連続動作モードおよび間欠動作モードの何れの場合であっても、正常に動作している場合には、端子ＡとＢから出力されるパルス信号の数と、端子ＣとＤから出力されるパルス信号の数が同数になる。

第３キャパシタ１１０、第４キャパシタ１２０のそれぞれは、パルス信号の直流信号成分（すなわち、信号のバイアス成分）を除去し、パルス信号の交流成分（すなわち、信号の変化分）のみをパルストランス１３０に出力するように動作する。

信号判定装置１００は、信号線Ｌ３を介して負荷２と接続される。信号判定装置１００は、信号検出回路１００ａ（検出手段の一例）、信号制御回路１００ｂを備える。信号検出回路１００ａは、制御回路９０が出力するパルス信号をモニタリングし、パルス信号の電圧レベルの状態や出力されているパルス信号数、及びパルス信号の周期等の少なくとも１つのパラメータを検出する。信号判定装置１００は、検出したパラメータをパルス信号の情報として、信号線Ｌ４を介して信号制御回路１００ｂに出力する。

信号制御回路１００ｂは、制御部１００ｂ１（判定手段の一例、出力手段の一例）、記憶部１００ｂ２を備える。制御部１００ｂ１は、信号線Ｌ４を介して、信号検出回路１００ａからパルス信号の情報を信号検出回路１００ａから受ける。制御部１００ｂ１は、記憶部１００ｂ２が予め記憶している正常なパルス信号の電圧レベル、パルス信号数、パルス信号の周期等のパラメータと、受けたパルス信号の情報が示す複数のパラメータとを比較する。制御部１００ｂ１は、比較結果に基づいて、パルストランス１３０へ出力されるパルス信号が異常であるか否かを判定する。例えば、制御部１００ｂ１は、比較した複数のパラメータのうち、１つ以上が、各パラメータについて予め設定した誤差の許容範囲を超えたと判定した場合に、パルス信号が異常であると判定する。また、制御部１００ｂ１は、比較した複数のパラメータのすべてが、各パラメータについて予め設定した誤差の許容範囲内であると判定した場合に、パルス信号が正常であると判定する。

また、制御部１００ｂ１は、信号線Ｌ１を介して、電流検出回路８０から電流の値を受ける。制御部１００ｂ１は、記憶部１００ｂ２が予め記憶している負荷電流値と、受けた電流の値とを比較する。制御部１００ｂ１は、比較結果に基づいて、負荷２が低負荷であるか否かを判定する。制御部１００ｂ１は、負荷２が低負荷であると判定した場合、信号線L２を介して連続動作モードから間欠動作モードへ切り替えさせる指示信号を制御回路９０に出力する。

また、制御部１００ｂ１は、間欠動作モードのときに、パルストランス１３０へ出力されるパルス信号が異常であると判定した場合、信号線Ｌ２を介して、間欠動作モードから連続動作モードへ強制的に切り替えさせる指示信号を制御回路９０に出力する。これにより、間欠動作モードにおけるパルス信号の異常を回避することができ、パルストランス１３０へのパルス信号を正常に戻すことによってパルストランス１３０の異常状態（偏磁状態）をリセットすることができる。

パルストランス１３０は、信号生成部９０ａが生成したパルス信号を２つの１次側（入力側）コイルで受ける。パルストランス１３０は、各１次側コイルで受けたパルス信号を、スイッチング素子３０を駆動する振幅のパルス信号に変換し、その変換後の電圧を各１次コイルに対応する２つの２次側コイル、すなわち合計４つの２次コイルから対応する４つのスイッチング素子３０に出力する。

次に、電力供給装置１が間欠動作モードにおいてパルス信号の異常を判定する処理について説明する。ここでは、図４に示す電力供給装置１の処理フローについて説明する。なお、制御部１００ｂ１は、負荷２が低負荷であると判定し、信号線L２を介して連続動作モードから間欠動作モードへ切り替えさせる指示信号を制御回路９０に出力した状態にあるものとする。

間欠動作モードにおいて、信号生成部９０ａは、生成したパルス信号を、端子ＡとＢ、端子ＣとＤのそれぞれから信号判定装置１００、第３キャパシタ１１０、第４キャパシタ１２０を介してパルストランス１３０に出力する。

信号検出回路１００ａは、制御回路９０が出力するパルス信号をモニタリングし、パルス信号の電圧レベルの状態や出力されているパルス信号数、及びパルス信号の周期等の少なくとも１つのパラメータを検出する（ステップＳ１）。信号判定装置１００は、検出したパラメータをパルス信号の情報として、信号線Ｌ４を介して信号制御回路１００ｂに出力する。

制御部１００ｂ１は、信号線Ｌ４を介して、信号検出回路１００ａからパルス信号の情報を信号検出回路１００ａから受ける。制御部１００ｂ１は、記憶部１００ｂ２が予め記憶している正常なパルス信号の電圧レベル、パルス信号数、パルス信号の周期等のパラメータと、受けたパルス信号の情報が示す複数のパラメータとを比較する（ステップＳ２）。制御部１００ｂ１は、比較結果に基づいて、パルストランス１３０へ出力されるパルス信号が異常であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

制御部１００ｂ１は、パルス信号が正常であると判定した場合（ステップＳ３においてＮＯ）、ステップＳ１の処理に戻す。また、制御部１００ｂ１は、パルス信号が異常であると判定した場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、信号線Ｌ２を介して、間欠動作モードから連続動作モードへ強制的に切り替えさせる指示信号を制御回路９０に出力する（ステップＳ４）。

信号生成部９０ａは、信号判定装置１００から連続動作モードへ強制的に切り替えさせる指示信号を受ける。信号生成部９０ａは、その指示信号に応じて連続パルス信号をパルストランス１３０へ出力する。パルストランス１３０は、制御回路９０から連続パルス信号を受ける。パルストランス１３０は、受けた連続パルス信号の振幅を変換してスイッチング素子３０に出力する。

以上、本発明の一実施形態による電力供給装置１について説明した。電力供給装置１が備える信号判定装置１００は、信号検出回路１００ａ（検出手段の一例）、制御部１００ｂ１（判定手段の一例）を備える。信号検出回路１００ａは、コンバータ回路３１（電力変換回路の一例）が備えるスイッチング素子３０のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出する。制御部１００ｂ１は、信号検出回路１００ａが検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定する。

こうすることにより、負荷の軽い間欠動作モードにおいてパルス信号の異常を検知した場合、速やかに負荷の重い連続動作モードに切り替えることができ、電力供給装置において異常な状態を回避することができる。

なお、本発明の一実施形態では、電源１０が直流電力を出力し、コンバータ回路３１は、ＤＣ－ＤＣコンバータである場合について説明した。しかしながら、本発明の別の実施形態では、電源１０が交流電力を出力し、コンバータ回路３１がＡＣ－ＤＣコンバータであってもよい。

なお、パルス信号の異常な状態とは、例えば、図５に示すような、制御回路９０の端子ＡとＢから出力されるパルス信号の数と、端子ＣとＤから出力されるパルス信号の数が異なる状態である。パルス信号が正常な場合、パルストランス１３０における電流は、例えば、図６に示すように、安定した状態になる。その結果、図７に示すように、パルストランス１３０の磁束は安定した状態となり、スイッチング素子３０に印加されるパルス信号も安定した信号になる。一方、パルス信号が異常な場合、図８に示すような、パルストランス１３０において磁束に偏りが生じ、磁束が飽和する。その結果、パルス信号が異常な場合、図９に示すように、スイッチング素子３０に印加されるパルス信号も不安定な信号になり、スイッチング素子３０が破損する可能性がある。

図１０は、本発明の実施形態による信号判定装置１００の最小構成を示す図である。信号判定装置１００は、検出手段２００、判定手段３００を備える。

検出手段２００は、電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出する。判定手段３００は、前記検出手段２００が検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定する。

次に、本発明の実施形態による最小構成の信号判定装置１００による処理について説明する。ここでは、図１１に示す処理フローについて説明する。

検出手段２００は、電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出する（ステップＳ１１）。判定手段３００は、前記検出手段２００が検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

以上、本発明の実施形態による最小構成の信号判定装置１００について説明した。この信号判定装置１００により、電力供給装置において、負荷の軽い動作モードにおける異常な状態を回避することができる。

なお、本発明の別の実施形態では、パルストランス１３０の異常状態（偏磁状態）をリセットする方法は、別の方法であってもよい。例えば、パルストランス１３０の異常状態（偏磁状態）をリセットする別の方法として、電流検出回路８０が負荷２の消費電流をモニタリングし、制御部１００ｂ１が、間欠動作モードから連続動作モードへ移行するまでの消費電流の値の変化分を演算する。そして、制御部１００ｂ１が、その消費電流の変化分に相当する負荷を、負荷２において重くする指示信号を、信号線Ｌ３を介して負荷２に出力することで、強制的に連続運転モードに切り替える方法が挙げられる。

なお、本発明の別の実施形態では、信号検出回路１００ａが検出した前記パルス信号の情報と、制御部１００ｂ１が判定した、信号検出回路１００ａが検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かの判定結果を記憶部１００ｂ２に記録するものであってもよい。こうすることにより、定期点検時のログの確認すること、また上位制御装置からの定期的な状態確認時に異常発生を通知することができる。その結果、装置運用中の突然の故障を回避して、データ退避後に正常に装置を終了させる保守交換作業を実施することが可能となる。

なお、本発明の別の実施形態では、パルストランス１３０等を使用せず、制御回路９０が生成したパルス信号が直接スイッチング素子３０を駆動するものであってもよい。

なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。

本発明の実施形態について説明したが、上述の制御回路９０、信号判定装置１００、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
図１２は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ５は、図１２に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。
例えば、上述の制御回路９０、信号判定装置１００、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。

ストレージ８の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ８は、コンピュータ５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース９または通信回線を介してコンピュータ５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ５に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５が当該プログラムをメインメモリ７に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ８は、一時的でない有形の記憶媒体である。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。

１・・・電力供給装置
２・・・負荷
５・・・コンピュータ
６・・・ＣＰＵ
７・・・メインメモリ
８・・・ストレージ
９・・・インターフェース
１０・・・電源
２０・・・第１キャパシタ
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ・・・スイッチング素子
３１・・・コンバータ回路
４０・・・トランス
５０・・・整流回路
６０・・・インダクタ
７０・・・第２キャパシタ
８０・・・電流検出回路
９０・・・制御回路
９０ａ・・・信号生成部
１００・・・信号判定装置
１００ａ・・・信号検出回路
１００ｂ・・・信号制御回路
１００ｂ１・・・制御部
１００ｂ２・・・記憶部
１１０・・・第３キャパシタ
１２０・・・第４キャパシタ
１３０・・・パルストランス

Claims (7)

1. 電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定する判定手段と、
   を備える信号判定装置。
2. 前記パルス信号が異常であると前記判定手段が判定した場合に、前記パルス信号を前記間欠期間が存在しないパルス信号に変更させる指令信号を出力する出力手段、
   を備える請求項１に記載の信号判定装置。
3. 前記判定手段は、
   前記パルス信号の電圧レベル、前記パルス信号のパルス信号数及び前記パルス信号の周期のうち少なくとも１つに基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定する、
   請求項１または請求項２に記載の信号判定装置。
4. 前記判定手段は、
   前記電力変換回路の負荷に流れる電流の値に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定する、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の信号判定装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の信号判定装置と、
   前記電力変換回路と、
   を備える電力供給装置。
6. 電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出することと、
   検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定することと、
   を含む信号判定方法。
7. コンピュータに、
   電力変換回路が備えるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えさせるためのパルス信号であり、間欠期間が存在する前記パルス信号を検出することと、
   検出した前記パルス信号に基づいて、前記パルス信号が異常であるか否かを判定することと、
   を実行させるプログラム。

Images