JP2022087676A - 残寿命予測装置及び残寿命予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動作中のＤＣＤＣコンバータのトランスに生じる誘導起電力の測定結果に基づいて、ＤＣＤＣコンバータの残寿命を従来技術に比べて精度良く予測することができる残寿命予測装置を提供する。
【解決手段】残寿命予測装置１は、スイッチング周波数測定部１３と、電圧リプル測定部１５と、残寿命予測部１６とを備える。スイッチング周波数測定部１３は、補助巻線２１３に生じた誘導起電力に基づいてスイッチング周波数を測定する。電圧リプル測定部１５は、補助巻線２１３に生じた誘導起電力の電圧リプルを測定する。残寿命予測部１６は、スイッチング周波数測定部１３によって測定されたスイッチング周波数ｆに基づいて入力コンデンサＣｉの残寿命を予測し、電圧リプル測定部１５によって測定された電圧リプルＶｒに基づいて出力コンデンサＣｏの残寿命を予測する。
【選択図】図１

Description

本開示は、ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測装置及び残寿命予測方法に関する。

特許文献１は、アレニウスの法則に基づく演算式に従って、所定温度におけるコンデンサの残寿命を算出する方法及び電子機器を開示する。

特開２００３－２４３２６９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明は、電源回路部内のコンデンサの周囲の温度を検知し、当該温度をアレニウスの法則に基づく演算式に当てはめて残寿命を間接的に算出するものであり、実際の電源回路部の動作を観察して残寿命を直接的に予測するものではない。

本発明の目的は、動作中のＤＣＤＣコンバータのトランスに生じる誘導起電力の測定結果に基づいて、ＤＣＤＣコンバータの残寿命を従来技術に比べて精度良く予測することができる残寿命予測装置及び残寿命予測方法を提供することにある。

本開示の一態様に係る残寿命予測装置は、ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測装置であって、
前記ＤＣＤＣコンバータは、
一次巻線と、前記一次巻線に電磁結合可能な二次巻線と、前記一次巻線及び前記二次巻線に電磁結合可能な補助巻線と、を有するトランスと、
前記一次巻線に接続された一次側回路と、
前記二次巻線に接続された二次側回路と、を備え、
前記一次側回路は、
入力電圧が印加される入力コンデンサと、
前記入力電圧を所定のスイッチング周波数でスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング回路と前記一次巻線との間に挿入された共振回路と、を備え、
前記二次側回路は、前記二次巻線から入力された電圧を平滑化する出力コンデンサを備え、
前記残寿命予測装置は、
前記補助巻線に生じた誘導起電力に基づいて前記スイッチング周波数を測定するスイッチング周波数測定部と、
前記補助巻線に生じた誘導起電力の電圧リプルを測定する電圧リプル測定部と、
前記スイッチング周波数測定部によって測定された前記スイッチング周波数に基づいて前記入力コンデンサの残寿命を予測し、前記電圧リプル測定部によって測定された前記電圧リプルに基づいて前記出力コンデンサの残寿命を予測する残寿命予測部と、を備える。

本開示の他の態様に係る残寿命予測装置は、ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測装置であって、
前記ＤＣＤＣコンバータは、
一次巻線と、前記一次巻線に電磁結合可能な二次巻線と、を有するトランスと、
前記一次巻線に接続された一次側回路と、
前記二次巻線に接続された二次側回路と、を備え、
前記一次側回路は、
入力電圧が印加される入力コンデンサと、
前記入力電圧を所定のスイッチング周波数でスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング回路と前記一次巻線との間に挿入された共振回路と、を備え、
前記残寿命予測装置は、
前記一次巻線の電圧に基づいて前記スイッチング周波数を測定するスイッチング周波数測定部と、
前記スイッチング周波数測定部によって測定された前記スイッチング周波数に基づいて前記入力コンデンサの残寿命を予測する残寿命予測部と、を備える。

本開示の更に他の態様に係る残寿命予測装置は、ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測装置であって、
前記ＤＣＤＣコンバータは、
一次巻線と、前記一次巻線に電磁結合可能な二次巻線と、を有するトランスと、
前記一次巻線に接続された一次側回路と、
前記二次巻線に接続された二次側回路と、を備え、
前記一次側回路は、
入力電圧をスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング回路と前記一次巻線との間に挿入された共振回路と、を備え、
前記二次側回路は、前記二次巻線から入力された電圧を平滑化する出力コンデンサを備え、
前記残寿命予測装置は、
前記二次巻線に生じた誘導起電力の電圧リプルを測定する電圧リプル測定部と、
前記電圧リプル測定部によって測定された前記電圧リプルに基づいて前記出力コンデンサの残寿命を予測する残寿命予測部と、を備える。

本開示の一態様に係る残寿命予測方法は、ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測方法であって、
前記ＤＣＤＣコンバータは、
一次巻線と、前記一次巻線に電磁結合可能な二次巻線と、前記一次巻線及び前記二次巻線に電磁結合可能な補助巻線と、を有するトランスと、
前記一次巻線に接続された一次側回路と、
前記二次巻線に接続された二次側回路と、を備え、
前記一次側回路は、
入力電圧が印加される入力コンデンサと、
前記入力電圧を所定のスイッチング周波数でスイッチングするスイッチング回路と、
前記スイッチング回路と前記一次巻線との間に挿入された共振回路と、を備え、
前記二次側回路は、前記二次巻線から入力された電圧を平滑化する出力コンデンサを備え、
前記残寿命予測方法は、
前記補助巻線に生じた誘導起電力に基づいて前記スイッチング周波数を測定するスイッチング周波数測定ステップと、
前記補助巻線に生じた誘導起電力の電圧リプルを測定する電圧リプル測定ステップと、
前記スイッチング周波数測定ステップにおいて測定された前記スイッチング周波数に基づいて前記入力コンデンサの残寿命を予測し、前記電圧リプル測定ステップにおいて測定された前記電圧リプルに基づいて前記出力コンデンサの残寿命を予測する残寿命予測ステップと、を含む。

本開示に係る残寿命予測装置及び残寿命予測方法によると、動作中のＤＣＤＣコンバータのトランスに生じる誘導起電力の測定結果に基づいて、ＤＣＤＣコンバータの残寿命を従来技術に比べて精度良く予測することができる。

本開示の実施形態に係る残寿命予測装置の構成例を示すブロック図である。 図１の残寿命予測装置によって実行される、入力コンデンサの残寿命を予測する方法の一例を示すフローチャートである。 劣化がない状態の入力コンデンサの出力電圧及びスイッチング周波数の時間的変化のシミュレーション結果を示すグラフである。 劣化した状態の入力コンデンサの出力電圧及びスイッチング周波数の時間的変化のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１の残寿命予測装置によって実行される、出力コンデンサの残寿命を予測する方法の一例を示すフローチャートである。 出力コンデンサに劣化がないときに電圧リプル測定部によって測定された電圧リプルを示すグラフである。 出力コンデンサに劣化があるときに電圧リプル測定部によって測定された電圧リプルを示すグラフである。 出力コンデンサのＥＳＲと電圧リプルとの関係のシミュレーション結果を示す表である。 図１の残寿命予測部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 本開示の実施形態の第１変形例に係る残寿命予測装置の構成例を示すブロック図である。

以下、添付の図面を参照して本開示に係る残寿命予測装置の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態において、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。

図１は、本開示の実施形態に係る残寿命予測装置１の構成例を示すブロック図である。残寿命予測装置１は、ＤＣＤＣコンバータ２の残寿命を予測する。

本開示において、「残寿命を予測する」とは、ＤＣＤＣコンバータ２の残寿命を数値として導出すること、ＤＣＤＣコンバータ２の劣化の有無、程度を推定すること等を含む。例えば、残寿命予測装置１は、ＤＣＤＣコンバータ２が劣化して本来の性能が発揮できないと判断したとき、ＤＣＤＣコンバータ２の残寿命が少ないと予測する。

図１において、残寿命予測装置１は、補助回路１１と、周波数電圧変換回路１２と、スイッチング周波数測定部１３と、電圧検出回路１４と、電圧リプル測定部１５と、残寿命予測部１６とを備える。

残寿命予測装置１による残寿命予測処理の対象であるＤＣＤＣコンバータ２は、トランス２１と、一次側回路２２と、二次側回路２３と、制御回路２４とを備える。トランス２１は、一次巻線２１１と、一次巻線２１１に電磁結合可能な二次巻線２１２ａ，２１２ｂと、一次巻線２１１及び二次巻線２１２ａ，２１２ｂに電磁結合可能な補助巻線（三次巻線）２１３とを有する。

ＤＣＤＣコンバータ２の一次側回路２２は、直流電源Ｖｉと、入力コンデンサＣｉと、スイッチング回路２２１と、共振回路２２２とを備える。入力コンデンサＣｉは、例えば電解コンデンサである。入力コンデンサＣｉの一端は、直流電源Ｖｉの一対の端子のうちの一方に接続され、入力コンデンサＣｉの他端は、直流電源Ｖｉの他方の端子に接続されている。これにより、入力コンデンサＣｉには直流電源Ｖｉからの入力電圧が印加され、充電がされる。

図１の例では、共振回路２２２は、互いに直列に接続された共振コンデンサＣｒと共振リアクトルＬｒとを含む。共振回路２２２は、スイッチング回路２２１と一次巻線２１１との間に挿入されている。すなわち、共振回路２２２の一端は、トランス２１の一次巻線２１１に接続されている。図１の例では、共振リアクトルＬｒの一端がトランス２１の一次巻線２１１に接続されている。共振回路２２２の他端は、後述のスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間の接続点に接続されている。

図１の例では、スイッチング回路２２１は、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む。図１の例では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴである。制御回路２４は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンとオフとを所定のスイッチング周波数ｆで相補的に切り替える。すなわち、制御回路２４は、スイッチング素子Ｑ１をオンにし、スイッチング素子Ｑ２をオフにする第１制御と、スイッチング素子Ｑ１をオフにし、スイッチング素子Ｑ２をオンにする第２制御とを、スイッチング周波数ｆで交互に行う。このようにして、スイッチング回路２２１は、制御回路２４による制御信号に従い、共振回路２２２の他端を入力コンデンサＣｉの一対の端子に所定のスイッチング周波数ｆで交互に接続することにより、入力電圧をスイッチングする。

ＤＣＤＣコンバータ２の二次側回路２３は、二次巻線２１２ａ，２１２ｂから入力された電圧を整流するためのダイオードＤ１，Ｄ２と、整流電圧を平滑化する出力コンデンサＣｏとを備える。平滑化された電圧は、負荷Ｒに供給される。

残寿命予測装置１において、補助巻線２１３に生じた誘導起電力は、補助回路１１を介して、周波数電圧変換回路１２及び電圧検出回路１４に伝達される。補助回路１１は、例えば、補助巻線２１３に生じた誘導起電力の周波数を検出する周波数検出回路、整流回路等を含んでもよい。このような周波数検出回路は、ゼロクロス検出回路であってもよい。

図２は、入力コンデンサＣｉの残寿命を予測する方法の一例を示すフローチャートである。周波数電圧変換回路１２は、入力信号の周波数を電圧に変換し、スイッチング周波数測定部１３に出力する（ステップＳ１）。スイッチング周波数測定部１３は、周波数電圧変換回路１２から入力された信号に基づいて、補助巻線２１３に生じた誘導起電力の周波数を測定する（ステップＳ２）。スイッチング周波数測定部１３は、例えばダイレクト方式に従った周波数測定を実行する。この周波数は、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチング周波数ｆに相当するため、スイッチング周波数測定部１３は、スイッチング周波数ｆを測定可能に構成されている。

残寿命予測部１６は、スイッチング周波数測定部１３によって測定されたスイッチング周波数ｆに基づいて、入力コンデンサＣｉの残寿命を予測する（ステップＳ３）。図３Ａ及び図３Ｂは、スイッチング周波数ｆに基づいて入力コンデンサＣｉの残寿命を予測する処理を説明するためのグラフである。図３Ａは、劣化がない状態の入力コンデンサＣｉの出力電圧及びスイッチング周波数ｆの時間的変化のシミュレーション結果を示すグラフである。図３Ｂは、劣化した状態の入力コンデンサＣｉの出力電圧及びスイッチング周波数ｆの時間的変化のシミュレーション結果を示すグラフである。

入力コンデンサＣｉが劣化すると、入力コンデンサＣｉの等価直列抵抗（Equivalent Series Resistance、ＥＳＲ）が増加し、出力電圧及びスイッチング周波数ｆの揺れが増加する。劣化がない状態では、図３Ａに示すように、スイッチング周波数ｆの最大値と最小値との差はΔｆ０である。劣化してＥＳＲが増加した状態では、図３Ｂに示すように、スイッチング周波数ｆの最大値と最小値との差Δｆ１はΔｆ０より大きい。残寿命予測部１６は、例えば、劣化がない状態におけるスイッチング周波数ｆの最大値と最小値との差Δｆ０に対する、測定時におけるスイッチング周波数ｆの最大値と最小値との差Δｆ（ｔ）の割合Δｆ（ｔ）／Δｆ０が、所定の閾値ｆ_ｔｈ１以上、例えば２以上となったときに、入力コンデンサＣｉが劣化している、又は入力コンデンサＣｉの残寿命が短いと判定する。

Δｆ０は、本開示の「規定値」の一例であり、ＤＣＤＣコンバータ２、入力コンデンサＣｉ等の試験等により予め測定可能である。Δｆ０は、ＤＣＤＣコンバータ２の初期動作時においてスイッチング周波数測定部１３によって測定されたスイッチング周波数であってもよい。ここで、ＤＣＤＣコンバータ２の初期動作時とは、ＤＣＤＣコンバータ２、入力コンデンサＣｉ、出力コンデンサＣｏ等の構成要素が劣化していない状態での動作時をいい、具体的には、ＤＣＤＣコンバータ２の初回動作時、初回起動時からの総動作時間が所定時間を超えない範囲内での動作時、初回起動時からの起動回数が所定回数を超えない範囲内での動作時を含む。

あるいは、残寿命予測部１６は、Δｆ（ｔ）が所定の閾値ｆ_ｔｈ２以上となったときに入力コンデンサＣｉが劣化していると判定してもよい。

スイッチング周波数ｆの最大値と最小値との差Δｆ０に基づいて入力コンデンサＣｉが劣化しているか否かを判定する上記の説明は一例に過ぎず、本実施形態はこれに限定されない。残寿命予測部１６は、スイッチング周波数ｆの時間的変化に基づいて入力コンデンサＣｉが劣化しているか否かを判定可能である。例えば、残寿命予測部１６は、スイッチング周波数ｆが周期的に増減している場合、１周期におけるスイッチング周波数ｆの最大値と最小値との差を所定の期間にわたって平均した平均値に基づいて入力コンデンサＣｉが劣化しているか否かを判定してもよい。このように、残寿命予測部１６は、劣化がない状態におけるスイッチング周波数ｆの時間的変化量に対する、測定時におけるスイッチング周波数ｆの時間的変化量の割合が、所定の閾値以上、例えば２以上となったときに、入力コンデンサＣｉが劣化している、又は入力コンデンサＣｉの残寿命が短いと判定してもよい。

入力コンデンサＣｉの出力電圧及びスイッチング周波数ｆは、補助巻線２１３に生じた誘導電圧を測定することによって検出できる。

図４は、出力コンデンサＣｏの残寿命を予測する方法の一例を示すフローチャートである。電圧検出回路１４は、補助巻線２１３に生じた誘導電圧を検出する（ステップＳ４）。電圧リプル測定部１５は、電圧検出回路１４によって検出された電圧の電圧リプルを測定する（ステップＳ５）。

残寿命予測部１６は、電圧リプル測定部１５によって測定された電圧リプルＶｒに基づいて、出力コンデンサＣｏの残寿命を予測する（ステップＳ６）。図５Ａ及び図５Ｂは、電圧リプルＶｒに基づいて出力コンデンサＣｏの残寿命を予測する処理を説明するためのグラフである。出力コンデンサＣｏが劣化すると、ＥＳＲが増加し、電圧リプルＶｒが増加する。劣化がない状態では、図５Ａに示すように、電圧リプルはＶｒ０であり、劣化してＥＳＲが増加した状態では、図５Ｂに示すように、電圧リプルは、Ｖｒ０より大きいＶｒ１となる。

図５Ｃは、出力コンデンサＣｏのＥＳＲと電圧リプルＶｒとの関係のシミュレーション結果を示す表である。シミュレーションでは、劣化がない状態の出力コンデンサＣｏのＥＳＲを２２ｍΩとし、劣化した状態の出力コンデンサＣｏのＥＳＲを１５０ｍΩとしている。出力コンデンサＣｏの出力電圧の電圧リプルは、劣化がない状態では２９．０２１Ｖであり、劣化した状態では３０．１４８Ｖである。図５Ｃでは、最大電圧と最小電圧との差（Ｖｐ－ｐ（peak to peak電圧））を電圧リプルＶｒとしている。この電圧リプルＶｒは、電圧リプル測定部１５が、補助巻線２１３の誘導起電力を観察することにより測定することができる。

残寿命予測部１６は、例えば、劣化がない状態における電圧リプルＶｒ０に対する、測定時における電圧リプルＶｒ（ｔ）の割合Ｖｒ（ｔ）／Ｖｒ０が、所定の閾値Ｖ_ｔｈ１以上、例えば１．０５以上となったときに、出力コンデンサＣｏが劣化している、又は出力コンデンサＣｏの残寿命が短いと判定する。Ｖｒ０は、本開示の「規定値」の一例であり、ＤＣＤＣコンバータ２、出力コンデンサＣｏ等の試験等により予め測定可能である。Ｖｒ０は、ＤＣＤＣコンバータ２の初期動作時において電圧リプル測定部１５によって測定された電圧リプルであってもよい。あるいは、残寿命予測部１６は、Ｖｒ（ｔ）が所定の閾値Ｖ_ｔｈ２以上となったときに出力コンデンサＣｏが劣化していると判定してもよい。

ＤＣＤＣコンバータ２の残寿命は、入力コンデンサＣｉ及び出力コンデンサＣｏの残寿命の少なくとも一方に基づいて予測可能である。したがって、残寿命予測装置１は、上記のように入力コンデンサＣｉ及び出力コンデンサＣｏの残寿命の少なくとも一方を推定することにより、ＤＣＤＣコンバータ２の残寿命を予測することができる。

図６は、図１の残寿命予測部１６のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。例えば、残寿命予測部１６は、入力部１６１と、出力部１６２と、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１６３と、演算回路１６４と、記憶部１６５とを備える。

入力部１６１は、残寿命予測部１６への情報の入力のために、残寿命予測部１６を周波数電圧変換回路１２、電圧検出回路１４等の外部回路に接続するインタフェース回路である。出力部１６２は、残寿命予測部１６からの情報の出力のために、残寿命予測部１６と外部機器とを接続するインタフェース回路である。通信インタフェース１６３は、残寿命予測部１６と外部機器との通信接続を可能とするためのインタフェース回路を含む。通信インタフェース１６３は、既存の有線通信規格又は無線通信規格に従って通信を行う。

演算回路１６４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、情報処理に応じて残寿命予測部１６の動作を制御する。このような情報処理は、演算回路１６４がプログラムを実行することにより実現される。演算回路１６４は、１又は複数の専用のプロセッサにより実現されてもよい。また、演算回路１６４の構成要素に関して、実施形態に応じて、適宜、機能の省略、置換及び追加が行われてもよい。演算回路１６４は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、マイコン、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の種々の半導体集積回路で構成されてもよい。

記憶部１６５は、コンピュータその他の装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。記憶部１６５は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置である。

残寿命予測部１６の上記の構成要素は、１つの筐体内に収容される必要はなく、複数台のコンピュータシステムで実現されてもよい。また、残寿命予測装置１の補助回路１１、周波数電圧変換回路１２、スイッチング周波数測定部１３、電圧検出回路１４、及び電圧リプル測定部１５も、残寿命予測部１６と同様に、１又は複数の半導体集積回路、コンピュータシステム等で構成されてもよい。

以上のように、本実施形態に係る残寿命予測装置１は、ＤＣＤＣコンバータ２の残寿命を予測する。ＤＣＤＣコンバータ２は、トランス２１と、一次側回路２２と、二次側回路２３とを備える。トランス２１は、一次巻線２１１と、一次巻線２１１に電磁結合可能な二次巻線２１２ａ，２１２ｂと、一次巻線２１１及び二次巻線２１２ａ，２１２ｂに電磁結合可能な補助巻線２１３とを有する。一次側回路２２は、一次巻線２１１に接続される。二次側回路２３は、二次巻線２１２ａ，２１２ｂに接続される。一次側回路２２は、入力電圧が印加される入力コンデンサＣｉと、入力電圧を所定のスイッチング周波数ｆでスイッチングするスイッチング回路２２１と、スイッチング回路２２１と一次巻線２１１との間に挿入された共振回路２２２と、を備える。二次側回路２３は、二次巻線２１２ａ，２１２ｂから入力された電圧を平滑化する出力コンデンサＣｏを備える。残寿命予測装置１は、スイッチング周波数測定部１３と、電圧リプル測定部１５と、残寿命予測部１６とを備える。スイッチング周波数測定部１３は、補助巻線２１３に生じた誘導起電力に基づいてスイッチング周波数ｆを測定する。電圧リプル測定部１５は、補助巻線２１３に生じた誘導起電力の電圧リプルＶｒを測定する。残寿命予測部１６は、スイッチング周波数測定部１３によって測定されたスイッチング周波数ｆに基づいて入力コンデンサＣｉの残寿命を予測し、電圧リプル測定部１５によって測定された電圧リプルＶｒに基づいて出力コンデンサＣｏの残寿命を予測する。

この構成によれば、補助巻線２１３に生じる誘導起電力を測定することにより、ＤＣＤＣコンバータ２の動作を直接的に観察して残寿命を精度良く予測することができる。この残寿命からＤＣＤＣコンバータ２、入力コンデンサＣｉ又は出力コンデンサＣｏの交換時期を把握してメンテナンス計画を立てることができるため、寿命到来によってＤＣＤＣコンバータ２から電力の供給を受ける装置が停止するような事態を未然に回避することができる。

また、残寿命予測装置１は、補助巻線２１３を介して、ＤＣＤＣコンバータ２の外部から残寿命を予測することができる。したがって、従来技術のように、残寿命を予測する装置を電源装置に内蔵する必要はなく、ＤＣＤＣコンバータ２の省サイズ化、省コスト化を実現できる。さらに、ＤＣＤＣコンバータの一次側回路は、通常は容易にアクセスすることが困難であり、アクセスできたとしても高電圧、高電流のため測定者の身体、測定機器等に危害が加わるおそれがある。残寿命予測装置１によれば、このような困難性及び危害のおそれ等を発生させることなく、ＤＣＤＣコンバータ２の外部から残寿命を予測することができる。

具体的には、残寿命予測部１６は、初期動作時におけるスイッチング周波数の時間的変化量に対する、現時点におけるスイッチング周波数の時間的変化量の割合が、所定の閾値以上であるときに、入力コンデンサＣｉの残寿命が少ないと予測してもよい。残寿命予測部１６は、初期動作時における電圧リプルに対する、現時点における電圧リプルの割合が、所定の閾値以上であるときに、出力コンデンサＣｏの残寿命が少ないと予測してもよい。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。

また、残寿命予測部１６は、現時点におけるスイッチング周波数の時間的変化量が所定の閾値以上であるときに、入力コンデンサＣｉの残寿命が少ないと予測し、現時点における電圧リプルが所定の閾値以上であるときに、出力コンデンサＣｏの残寿命が少ないと予測してもよい。これにより、現時点における測定結果のみに基づいて、上記と同様の効果を得ることができる。

（変形例）
以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができる。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略する。以下の変形例は適宜組み合わせることができる。

（第１変形例）
図７は、本開示の実施形態の第１変形例に係る残寿命予測装置２０１の構成例を示すブロック図である。図１の残寿命予測装置１と比較すると、残寿命予測装置２０１は、補助回路１１を備えず、周波数検出回路１７を更に備える。また、ＤＣＤＣコンバータ２のトランス２１は、補助巻線を有しない。第１変形例では、残寿命予測装置２０１は、補助巻線を利用せずに、周波数検出回路１７により、一次側回路２２の出力電圧の周波数を検出する。また、残寿命予測装置２０１の電圧検出回路１４は、補助巻線を利用せずに、出力コンデンサＣｏの一対の端子間の電圧を検出する。

この構成によっても、残寿命予測装置２０１は、ＤＣＤＣコンバータ２の動作を直接的に観察して残寿命を精度良く予測することができる。この残寿命からＤＣＤＣコンバータ２、入力コンデンサＣｉ又は出力コンデンサＣｏの交換時期を把握してメンテナンス計画を立てることができるため、寿命到来によってＤＣＤＣコンバータ２から電力の供給を受ける装置が停止するような事態を未然に回避することができる。

（第２変形例）
上記の実施形態では、図１に示すように、ＤＣＤＣコンバータ２の一次側回路２２が直流電源Ｖｉを備える例について説明したが、直流電力はＤＣＤＣコンバータ２の外部から入力されてもよい。

（第３変形例）
上記の実施形態では、Δｆ（ｔ）／Δｆ０、又はΔｆ（ｔ）が、所定の閾値以上となったときに、入力コンデンサＣｉが劣化している、又は入力コンデンサＣｉの残寿命が短いと判定する例について説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、スイッチング周波数ｆの最大値と最小値との差Δｆと、入力コンデンサＣｉの残寿命との関係を示すテーブルを記憶部１６５（図６参照）が予め記憶し、残寿命予測部１６は、測定時におけるスイッチング周波数ｆの最大値と最小値との差Δｆ（ｔ）に対する入力コンデンサＣｉの残寿命を、テーブルルックアップの手法によりテーブルから取得してもよい。このような入力コンデンサＣｉの残寿命は、ＤＣＤＣコンバータ２、入力コンデンサＣｉ等の試験等によって予め取得される。これにより、残寿命予測部１６による残寿命推定をより精度良く行うとともに、処理速度の向上、及び処理負荷の低減を実現することができる。

（第４変形例）
上記の実施形態では、Ｖｒ（ｔ）／Ｖｒ０、又はＶｒ（ｔ）が、所定の閾値以上となったときに、出力コンデンサＣｏが劣化している、又は出力コンデンサＣｏの残寿命が短いと判定する例について説明した。しかしながら、本開示はこれに限定されない。例えば、電圧リプルＶｒと、出力コンデンサＣｏの残寿命との関係を示すテーブルを記憶部１６５（図６参照）が予め記憶し、残寿命予測部１６は、測定時における電圧リプルＶｒ（ｔ）に対する出力コンデンサＣｏの残寿命を、テーブルルックアップの手法によりテーブルから取得してもよい。このような出力コンデンサＣｏの残寿命は、ＤＣＤＣコンバータ２、出力コンデンサＣｏ等の試験等によって予め取得される。これにより、残寿命予測部１６による残寿命推定をより精度良く行うとともに、処理速度の向上、及び処理負荷の低減を実現することができる。

１，２０１ 残寿命予測装置
２ ＤＣＤＣコンバータ
１１ 補助回路
１２ 周波数電圧変換回路
１３ スイッチング周波数測定部
１４ 電圧検出回路
１５ 電圧リプル測定部
１６ 残寿命予測部
１７ 周波数検出回路
２１ トランス
２２ 一次側回路
２３ 二次側回路
２４ 制御回路
１６１ 入力部
１６２ 出力部
１６３ 通信インタフェース
１６４ 演算回路
１６５ 記憶部
２１１ 一次巻線
２１２ａ 二次巻線
２１２ｂ 二次巻線
２１３ 補助巻線
２２１ スイッチング回路
２２２ 共振回路

Claims (12)

1. ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測装置であって、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、
   一次巻線と、前記一次巻線に電磁結合可能な二次巻線と、前記一次巻線及び前記二次巻線に電磁結合可能な補助巻線と、を有するトランスと、
   前記一次巻線に接続された一次側回路と、
   前記二次巻線に接続された二次側回路と、を備え、
   前記一次側回路は、
   入力電圧が印加される入力コンデンサと、
   前記入力電圧を所定のスイッチング周波数でスイッチングするスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路と前記一次巻線との間に挿入された共振回路と、を備え、
   前記二次側回路は、前記二次巻線から入力された電圧を平滑化する出力コンデンサを備え、
   前記残寿命予測装置は、
   前記補助巻線に生じた誘導起電力に基づいて前記スイッチング周波数を測定するスイッチング周波数測定部と、
   前記補助巻線に生じた誘導起電力の電圧リプルを測定する電圧リプル測定部と、
   前記スイッチング周波数測定部によって測定された前記スイッチング周波数に基づいて前記入力コンデンサの残寿命を予測し、前記電圧リプル測定部によって測定された前記電圧リプルに基づいて前記出力コンデンサの残寿命を予測する残寿命予測部と、を備える、
   残寿命予測装置。
2. 前記残寿命予測部は、
   初期動作時における前記スイッチング周波数の時間的変化量に対する、現時点における前記スイッチング周波数の時間的変化量の割合が、所定の閾値以上であるときに、前記入力コンデンサの残寿命が少ないと予測し、
   初期動作時における前記電圧リプルに対する、現時点における前記電圧リプルの割合が、所定の閾値以上であるときに、前記出力コンデンサの残寿命が少ないと予測する、
   請求項１に記載の残寿命予測装置。
3. 前記残寿命予測部は、
   現時点における前記スイッチング周波数の時間的変化量が所定の閾値以上であるときに、前記入力コンデンサの残寿命が少ないと予測し、
   現時点における前記電圧リプルが所定の閾値以上であるときに、前記出力コンデンサの残寿命が少ないと予測する、
   請求項１に記載の残寿命予測装置。
4. ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測装置であって、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、
   一次巻線と、前記一次巻線に電磁結合可能な二次巻線と、を有するトランスと、
   前記一次巻線に接続された一次側回路と、
   前記二次巻線に接続された二次側回路と、を備え、
   前記一次側回路は、
   入力電圧が印加される入力コンデンサと、
   前記入力電圧を所定のスイッチング周波数でスイッチングするスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路と前記一次巻線との間に挿入された共振回路と、を備え、
   前記残寿命予測装置は、
   前記一次巻線の電圧に基づいて前記スイッチング周波数を測定するスイッチング周波数測定部と、
   前記スイッチング周波数測定部によって測定された前記スイッチング周波数に基づいて前記入力コンデンサの残寿命を予測する残寿命予測部と、を備える、
   残寿命予測装置。
5. 前記トランスは、前記一次巻線に電磁結合可能な補助巻線を更に有し、
   前記スイッチング周波数測定部は、前記補助巻線に生じた誘導起電力に基づいて前記スイッチング周波数を測定する、
   請求項４に記載の残寿命予測装置。
6. 前記残寿命予測部は、初期動作時における前記スイッチング周波数の時間的変化量に対する、現時点における前記スイッチング周波数の時間的変化量の割合が、所定の閾値以上であるときに、前記入力コンデンサの残寿命が少ないと予測する、
   請求項４又は５に記載の残寿命予測装置。
7. 前記残寿命予測部は、
   現時点における前記スイッチング周波数の時間的変化量が所定の閾値以上であるときに、前記入力コンデンサの残寿命が少ないと予測する、
   請求項４又は５に記載の残寿命予測装置。
8. ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測装置であって、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、
   一次巻線と、前記一次巻線に電磁結合可能な二次巻線と、を有するトランスと、
   前記一次巻線に接続された一次側回路と、
   前記二次巻線に接続された二次側回路と、を備え、
   前記一次側回路は、
   入力電圧をスイッチングするスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路と前記一次巻線との間に挿入された共振回路と、を備え、
   前記二次側回路は、前記二次巻線から入力された電圧を平滑化する出力コンデンサを備え、
   前記残寿命予測装置は、
   前記二次巻線に生じた誘導起電力の電圧リプルを測定する電圧リプル測定部と、
   前記電圧リプル測定部によって測定された前記電圧リプルに基づいて前記出力コンデンサの残寿命を予測する残寿命予測部と、を備える、
   残寿命予測装置。
9. 前記トランスは、前記二次巻線に電磁結合可能な補助巻線を更に有し、
   前記電圧リプル測定部は、前記補助巻線に生じた誘導起電力に基づいて前記電圧リプルを測定する、
   請求項８に記載の残寿命予測装置。
10. 前記残寿命予測部は、初期動作時における前記電圧リプルに対する、現時点における前記電圧リプルの割合が、所定の閾値以上であるときに、前記出力コンデンサの残寿命が少ないと予測する、
    請求項８又は９に記載の残寿命予測装置。
11. 前記残寿命予測部は、現時点における前記電圧リプルが所定の閾値以上であるときに、前記出力コンデンサの残寿命が少ないと予測する、
    請求項８又は９に記載の残寿命予測装置。
12. ＤＣＤＣコンバータの残寿命を予測する残寿命予測方法であって、
    前記ＤＣＤＣコンバータは、
    一次巻線と、前記一次巻線に電磁結合可能な二次巻線と、前記一次巻線及び前記二次巻線に電磁結合可能な補助巻線と、を有するトランスと、
    前記一次巻線に接続された一次側回路と、
    前記二次巻線に接続された二次側回路と、を備え、
    前記一次側回路は、
    入力電圧が印加される入力コンデンサと、
    前記入力電圧を所定のスイッチング周波数でスイッチングするスイッチング回路と、
    前記スイッチング回路と前記一次巻線との間に挿入された共振回路と、を備え、
    前記二次側回路は、前記二次巻線から入力された電圧を平滑化する出力コンデンサを備え、
    前記残寿命予測方法は、
    前記補助巻線に生じた誘導起電力に基づいて前記スイッチング周波数を測定するスイッチング周波数測定ステップと、
    前記補助巻線に生じた誘導起電力の電圧リプルを測定する電圧リプル測定ステップと、
    前記スイッチング周波数測定ステップにおいて測定された前記スイッチング周波数に基づいて前記入力コンデンサの残寿命を予測し、前記電圧リプル測定ステップにおいて測定された前記電圧リプルに基づいて前記出力コンデンサの残寿命を予測する残寿命予測ステップと、を含む、
    残寿命予測方法。

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