JP2022183418A - 電圧変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】平滑コンデンサが故障しても機器全体へ故障を広げることがなく、小型、安価を実現する電圧変換装置を提供する。【解決手段】出力電圧の最大電圧を保持する電圧保持部（２０、２０ａ）と、電圧保持部（２０、２０ａ）により保持された最大電圧が、予め定められた電圧範囲の範囲内にあるか範囲外にあるかを判定する判定部（４０）とを備え、制御部（５０）は、開閉素子（１２ａ、１２ｂ）の開閉動作の制御を開始する際に、予め定められた起動用スイッチング回数、及び予め定められた起動用デューティにより開閉素子（１２ａ、１２ｂ）を開閉動作させ、判定部（４０）は、保持された最大電圧が電圧範囲の範囲外にあると判定することにより、平滑コンデンサ（１４ａ、１４ｂ）の故障を検出するようにした電圧変換装置。【選択図】図１

Description

本願は、電圧変換装置に関するものである。
一般に、電圧変換装置は、供給された電圧を予め定められた電圧に変換し、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）、或いは制御回路等に電力を供給するように構成されている。ここで、供給された電圧よりも高い電圧に変換、つまり昇圧を行う場合は、スイッチング方式による電圧変換装置が用いられる。また、降圧を行う場合であっても、マイコン、或いは制御回路等の許容リップル電圧、若しくは省電力化の観点から、スイッチング方式による電圧変換装置が用いられることがある。
スイッチング方式による電圧変換装置は、周知のように、開閉素子の開閉動作により誘導素子を断続励磁し、誘導素子から発生する誘導エネルギを平滑コンデンサに蓄積することで、電圧の変換を行うように構成されているが、経年劣化による平滑コンデンサの故障、或いは、平滑コンデンサの端子を電気回路に接続するはんだ部に発生したはんだクラックによる接続不良等により、平滑コンデンサによる平滑動作が行えず、予め定められた電圧を得ることが出来なくなり、過電圧、或いは過電流により、機器全体に故障が広がる可能性がある。
従来、平滑コンデンサの故障を検出するため、様々な形態の故障検知手段若しくは方法が使用されている。例えば、特許文献１には、制御装置がシャットダウンする際に昇圧回路が放電回路を動作させ、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）が、放電動作開始時の昇圧コンデンサのモニタ値と、放電動作を開始して予め定められた時間が経過した後の昇圧コンデンサのモニタ値と、に基づいて、昇圧コンデンサの劣化、故障診断、及び放電回路の動作確認を行うようにした技術が開示されている。
また、特許文献２には、電源装置の動作中に、コンデンサで平滑される出力電圧の脈動成分を、ピーク検出器と平均値検出器とで検出し、脈動成分が予め定められた値を超えたときに、コンデンサ寿命情報提供装置がコンデンサの寿命と判断して、音或いは表示による告知を行なうようにした技術が開示されている。
国際公開２０１６－０３１５０９号公報 特開２００６－１３３０４６号公報
特許文献１に開示された従来の技術によれば、昇圧コンデンサの診断に放電回路を動作させることにより、昇圧コンデンサの劣化、故障診断のみならず、緊急時に使用する放電回路の動作確認を行うことが可能であるが、昇圧コンデンサの劣化、故障診断に放電回路が必要となり、回路規模が大きくなるため、装置の小型化、低コスト化が困難である。
また、特許文献２に開示された技術によれば、電源装置の動作中にコンデンサの両端間に発生する脈動振幅値を検出することで、経年劣化による内部インピーダンスの増加と容量抜けを診断することが可能であるが、電源装置の起動以前に、平滑コンデンサが開放故障している場合には、過電圧が発生し、電源装置に接続された他の回路を破壊する恐れがあり、電源装置の起動以前に、平滑コンデンサが短絡故障している場合には、過電流が発生し、開閉素子を破壊する可能性がある。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、平滑コンデンサが故障しても機器全体へ故障を広げることがなく、小型、安価を実現する電圧変換装置を提供することを目的とする。
本願に開示される電圧変換装置は、
開閉素子の開閉動作により断続励磁されて誘導エネルギを発生する誘導素子と、前記誘導素子により発生された前記誘導エネルギを蓄積するとともに、前記誘導エネルギを平滑化する平滑動作を行なう平滑コンデンサと、前記開閉素子の開閉動作を制御する制御部と、を備えたスイッチングレギュレータを有し、
外部から供給された入力電圧を、前記スイッチングレギュレータにより予め定められた出力電圧に変換して出力する電圧変換装置であって、
前記出力電圧の最大電圧を保持する電圧保持部と、
前記電圧保持部により保持された前記最大電圧が、前記予め定められた電圧範囲の範囲内にあるか範囲外にあるかを判定する判定部と、
を備え、
前記制御部は、前記開閉素子の開閉動作の制御を開始する際に、予め定められた起動用スイッチング回数、及び予め定められた起動用デューティにより前記開閉素子を開閉動作させ、
前記判定部は、前記保持された前記最大電圧が前記電圧範囲の範囲外にあると判定することにより、前記平滑コンデンサの故障を検出する、
ように構成されたものである。
本願に開示される電圧変換装置によれば、コンデンサが故障しても機器全体へ故障を広げることがなく、小型、安価を実現する電圧変換装置が得られる。
実施の形態１による電圧変換装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１による電圧変換装置の変形例の構成を示す構成図である。 実施の形態１による電圧変換装置の動作を説明する説明図である。 実施の形態２による電圧変換装置の構成を示す構成図である。 実施の形態２による電圧変換装置の動作を説明する説明図である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電圧変換装置の全体の概略構成を示す構成図である。図１において、電圧変換装置１００は、スイッチングレギュレータ１０ａと、電圧保持部２０と、分圧回路３０と、判定部４０と、補助コンデンサ６０と、を主体として構成されており、その外部には、外部機器２００が接続されている。
スイッチングレギュレータ１０ａは、入力電圧Ｖｉｎを予め定められた出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧するものであり、誘導素子１１ａと、開閉素子１２ａと、整流素子１３ａと、平滑コンデンサ１４ａと、制御部５０と、により構成された昇圧チョッパ回路である。制御部５０は、フィードバック端子ＦＢに入力される電圧が、予め定められた電圧となるように、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調を行い、出力端子ＦＣからパルス信号の出力を行う、いわゆるＰＷＭコントローラであり、入力端子Ｉに入力された信号に応じて、パルス信号の出力を許可又は禁止する機能を有している。
平滑コンデンサ１４ａは、開閉素子１２ａの開閉動作によって生じる誘導エネルギを平滑するものであるため、電解コンデンサのような高容量化が容易なコンデンサとすることが望ましい。実施の形態１では、整流素子１３ａはダイオードである。なお、整流素子１３ａは、ＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた同期整流方式等、他の構成であってもよい。このことは後述の実施の形態２においても同様である。また、図１に示すような昇圧型のスイッチングレギュレータ１０ａの場合、開閉素子１２ａは、駆動が容易なＮ型ＭＯＳ－ＦＥＴとすることが望ましい。
電圧保持部２０は、入力されたスイッチングレギュレータ１０ａの出力電圧の最大電圧を保持し、その最大電圧を出力するものであり、整流素子２１と、電圧保持コンデンサ２２と、の直列体により構成されている。なお、電圧保持部２０は、入力される電圧の最大電圧を保持し出力するように構成されていれば、それ以外の他の構成であってもよい。このことは後述の実施の形態２においても同様である。
分圧回路３０は、入力された電圧に比例した電圧を出力するものであり、第１の分圧抵抗３１と、第２の分圧抵抗３２と、の直列体により構成されており、判定部４０の入力端子ＡＤに入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して判定するための、ＡＤ測定レンジを拡大するように構成されている。なお、分圧回路３０は、出力段にツェナーダイオード３３を追加し、分圧回路から出力される電圧に制限を設けるようにしてもよい。また、分圧回路３０は、出力段に接続される後述の判定部４０の入力電圧範囲、精度等に応じて、省略してもよい。このことは後述の実施の形態２においても同様である。
判定部４０は、分圧回路３０から入力された電圧が、予め定められた電圧範囲としての正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内にあるか範囲外にあるかを判定するように構成されており、分圧回路３０から入力された電圧が、予め定められた正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲外にあると判定したときは、異常であると判定し、その判定結果に基づいた信号を、電圧変換装置１００の内部、及び外部に出力する。ここで、正常電圧範囲Ｖｒｎｇは、入力された電圧が正常である場合の電圧範囲であって、分圧回路３０から入力される電圧が正常である場合の電圧範囲と、分圧回路３０を有しない場合に入力される電圧が正常である場合の電圧範囲とでは、当然に異なる値となる。
判定部４０は、例えば、指示信号を出力する出力端子Ｏ１と、異常通知信号を出力する出力端子Ｏ２と、アナログ信号が入力される入力端子ＡＤと、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの設定値が格納されるメモリ４１と、を備えたマイコンであって、メモリ４１に正常電圧範囲Ｖｒｎｇを記憶している。なおメモリ４１に記憶している正常電圧範囲を書き換えることで、正常電圧範囲Ｖｒｎｇを任意の値に設定することが可能なように構成されている。
補助コンデンサ６０は、平滑コンデンサ１４ａによる平滑動作の補助を行うものであり、平滑コンデンサ１４ａが開放故障した場合であっても、スイッチングレギュレータ１０ａの出力電圧が急峻に立ち上がることを抑制するように構成されている。
なお、図１では、判定部４０と制御部５０とを個別の構成としているが、判定部４０と制御部５０とのうちの一方の少なくとも一部分を、他方に包含させるようにしてもよい。このことは後述の実施の形態２においても同様である。
外部機器２００は、例えば、電圧変換装置１００よりも上位の監視装置であって、電圧変換装置１００の状態を監視するように構成されている。
次に、図１における電圧変換装置１００の電気的な接続関係について説明する。誘導素子１１ａの一端には、入力電圧Ｖｉｎが印加されている。誘導素子１１ａの他端は、開閉素子１２ａのドレイン端子と、整流素子１３ａのアノード端子と、に接続されている。開閉素子１２ａのソース端子は、基準電位部ＧＮＤに接続されている。開閉素子１２ａのゲート端子は、制御部５０の出力端子ＦＣに接続されている。
整流素子１３ａのカソード端子は、平滑コンデンサ１４ａの一端と、制御部５０のフィードバック端子ＦＢと、補助コンデンサ６０の一端と、整流素子２１のアノード端子と、に夫々接続され、整流素子１３ａのカソード端子から出力される出力電圧Ｖｏｕｔが、前述の接続された各部に印加される。出力電圧Ｖｏｕｔには、図示していない回路素子が接続されている。平滑コンデンサ１４ａの他端と、補助コンデンサ６０の他端とは、基準電位部ＧＮＤに接続されている。
整流素子２１のカソード端子は、電圧保持コンデンサ２２の一端と、第１の分圧抵抗３１の一端と、に接続されている。電圧保持コンデンサ２２の他端は、ＧＮＤに接続されている。第１の分圧抵抗３１の他端は、第２の分圧抵抗３２の一端と、判定部４０の入力端子ＡＤと、ツェナーダイオード３３が設けられている場合にそのカソード端子と、に接続されている。第２の分圧抵抗３２の他端と、ツェナーダイオード３３のアノード端子とは、ＧＮＤに接続されている。判定部４０の出力端子Ｏ２は、外部機器２００に接続されている。また、判定部４０の出力端子Ｏ１は、制御部５０の入力端子Ｉに接続されている。
図２は、実施の形態１による電圧変換装置の変形例の構成を示す構成図である。図２に示す実施の形態１による電圧変換装置１００と、前述の図１に示す実施の形態１による電圧変換装置１００と、の相違点は、電圧保持部の構成のみであり、その他の構成は同一である。図２において、電圧保持部２０ａは、図１における電圧保持部２０が用いている整流素子２１を用いず、誘導素子２３を用いており、電圧保持コンデンサ２２に蓄積された電荷が、他の回路素子へ流出するのを誘導素子２３により抑制するようにしている。
次に、図１に示す電圧変換装置１００の動作について説明する。図３は、実施の形態１による電圧変換装置の動作を説明する説明図であって、Ａは平滑コンデンサの正常時を示し、Ｂは平滑コンデンサの開放故障時を示し、Ｃは平滑コンデンサの短絡故障時を示している。図３のＡ、Ｂ、及びＣにおいて、（ａ）は、開閉素子１２ａのドレイン電圧の波形、（ｂ）は、整流素子１３ａの電流の波形、（ｃ）は、出力電圧Ｖｏｕｔの波形、（ｄ）は保持電圧Ｖｐｅａｋの波形、をそれぞれ示している。
図１において、まず、スイッチングレギュレータ１０ａが開閉素子１２ａの開閉動作による電圧変換を開始する際、制御部５０は、予め定められた起動用昇圧スイッチング回数Ｎｓ１、及び予め定められた起動用昇圧デューティＤｓ１のパルス信号を、出力端子ＦＣから開閉素子１２ａのゲート端子へ断続的に出力する。ここで、パルス信号における、予め定められた起動用昇圧スイッチング回数Ｎｓ１、及び予め定められた起動用昇圧デューティＤｓ１は、平滑コンデンサ１４ａが開放故障している場合においても、出力電圧Ｖｏｕｔが、出力電圧Ｖｏｕｔが供給される複数の回路素子（図示せず）の絶対最大定格電圧のうち、最小の絶対最大定格電圧未満となるよう設定されたものである。
つぎに、平滑コンデンサ１４ａの正常時について説明する。図３のＡに示すように、起動後の開閉素子１２ａは、制御部５０の出力端子ＦＣからゲート端子に断続的に与えられるパルス信号に応じて開閉動作を行い、その開閉動作に応じて、ドレイン電圧が図３のＡにおける（ａ）に示すように変化する。そして、開閉素子１２ａの開閉動作により、誘導素子１１ａは断続通電され、断続通電されることによって発生した誘導エネルギが、整流素子１３ａを介して平滑コンデンサ１４ａと、補助コンデンサ６０に蓄えられることで、出力電圧Ｖｏｕｔを得る。
図３のＡに示す平滑コンデンサ１４ａの正常時には、図３のＡにおける（ｂ）に示すように、時刻ｔ１で開閉素子１２ａが開状態になることで、整流素子１３ａの電流が時刻ｔ１から暫時増大し、時刻ｔ２において開閉素子１２ａが閉状態となることで、整流素子１３ａの電流は漸次減少するが、誘導素子１１ａに発生した誘導エネルギは、平滑コンデンサ１４ａと、補助コンデンサ６０に蓄積され、出力電圧Ｖｏｕｔは、図３のＡにおける（ｃ）のように、時刻ｔ２から緩やかな傾きで上昇する。時刻ｔ２以降において、電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋは、時刻ｔ２から漸次上昇した後、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内となり、出力電圧Ｖｏｕｔは、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内に保たれる。
また、図３のＢに示す平滑コンデンサ１４ａの開放故障時には、誘導素子１１ａから発生した誘導エネルギは、平滑コンデンサ１４ａに蓄積されず、補助コンデンサ６０のみに蓄積されるため、図３のＢにおける（ｃ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは時刻ｔ２から急峻に上昇し、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの上限値Ｖｕを超えることとなる。従って、電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋは、時刻ｔ２から急峻に上昇し、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの上限値Ｖｕを超える。
さらに、図３のＣに示す平滑コンデンサ１４ａの短絡故障時には、開閉素子１２ａの開閉状態にかかわらず、図３のＣにおける（ｂ）に示すように、整流素子１３ａに短絡電流Ｉｓが流れ続け、図３のＣにおける（ｃ）に示す出力電圧ＶｏｕｔはＧＮＤ電位となる。従って、電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋは、ＧＮＤ電位のままとなる。
平滑コンデンサ１４ａの正常時と、開放故障時と、短絡故障時とでは、前述のように電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋが異なる値となる。電圧保持部２０に保持された最大電圧である保持電圧Ｖｐｅａｋは、分圧回路３０により分圧されて判定部４０の入力端子ＡＤに入力される。判定部４０は、入力された保持電圧Ｖｐｅａｋの分圧された電圧に基づいて、保持電圧Ｖｐｅａｋが正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内か範囲外かを判定する。ここで、ツェナーダイオード３３が設けられている場合には、分圧回路３０により分圧された電圧が制限されて判定部４０に入力され、判定部４０は過電圧から保護される。
なお、電圧保持部２０の電圧保持コンデンサ２２に蓄積された電荷は、第１の分圧抵抗３１、第２の分圧抵抗３２により放電することとなるため、第１の分圧抵抗３１、第２の分圧抵抗３２は、判定部４０による判定に影響を与えないように、大きな抵抗値とすることが望ましい。
ここで、判定部４０が、保持電圧Ｖｐｅａｋが正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内であると判定した場合には、平滑コンデンサ１４ａが正常であることを検出し、出力端子Ｏ１から、制御部５０の入力端子Ｉに、開閉素子１２ａを開閉するためのＰＷＭ変調されたパルス信号の出力を許可する信号が入力される。
制御部５０はフィードバック端子ＦＢに入力される電圧、つまり出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた電圧となるようＰＷＭ変調されたパルス信号のデューティを制御し、入力電圧Ｖｉｎを予め定められた出力電圧Ｖｏｕｔへ変換する。
また、最大電圧が保持されている保持電圧Ｖｐｅａｋが、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの上限値Ｖｕより高い場合、判定部４０は、平滑コンデンサ１４ａが、開放故障していると判定し、出力端子Ｏ１から制御部５０の入力端子Ｉに、ＰＷＭ変調されたパルス信号の出力を禁止する信号の出力を行い、制御部５０から出力されるＰＷＭ変調されたパルス信号を停止させるとともに、判定結果を外部機器２００に通知する。
さらに、最大電圧が保持されている保持電圧Ｖｐｅａｋが、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの下限値Ｖｂより低い場合、判定部４０は、平滑コンデンサ１４ａが、短絡故障していると判定し、開放故障時と同様に、出力端子Ｏ１から制御部５０の入力端子Ｉに、ＰＷＭ変調されたパルス信号の出力を禁止する信号の出力を行い、制御部５０から出力されるＰＷＭ変調されたパルス信号を停止させるとともに、判定結果を外部機器２００に通知する。
以上の動作は、図２に示す実施の形態１による電圧変換装置の変形例においても同様である。
実施の形態１による電圧変換装置によれば、大規模な診断回路を必要とせず、小型、安価に、機器全体へ故障を広げることなく平滑コンデンサの故障診断を行うことができる。
実施の形態２．
図４は、実施の形態２による電圧変換装置の構成を示す構成図であって、図１と同一符号は同一、又は相当部分を示す。図４において、電圧変換装置１００は、図１に示される実施の形態１による電圧変換装置１００と比較すると、スイッチングレギュレータが降圧型のスイッチングレギュレータ１０ｂである点で、実施の形態１の場合と相違する。
まず、実施の形態１の電圧変換装置との相違点であるスイッチングレギュレータ１０ｂの機能と構成例について説明する。図４において、スイッチングレギュレータ１０ｂは、入力電圧Ｖｉｎを予め定められた出力電圧Ｖｏｕｔに降圧するものであり、誘導素子１１ｂと、開閉素子１２ｂと、整流素子１３ｂと、平滑コンデンサ１４ｂと、制御部５０と、により構成される降圧チョッパ回路である。
制御部５０は、実施の形態１と同様に、フィードバック端子ＦＢに入力される電圧が、予め定められた電圧となるようにＰＷＭ変調を行い、出力端子ＦＣからＰＷＭ変調されたパルス信号を出力する、いわゆるＰＷＭコントローラであり、入力端子Ｉに入力された信号に応じて、パルス信号を出力、又は停止する機能を有している。
平滑コンデンサ１４ｂは、開閉素子１２ｂの開閉動作により生じる誘導エネルギを平滑するものであるため、電解コンデンサのような高容量化が容易なコンデンサとすることが望ましい。なお、整流素子１３ｂは、ダイオードとしているが、ＭＯＳ－ＦＥＴを用いた同期整流方式等、他の構成であってもよい。また、図２に示すように降圧型のスイッチングレギュレータ１０ｂの場合、開閉素子１２ｂは、駆動が容易なＰ型ＭＯＳ-ＦＥＴとすることが望ましい。
次に、スイッチングレギュレータ１０ｂの内部の電気的な接続関係について説明する。開閉素子１２ｂのソース端子には、入力電圧Ｖｉｎが印加されている。開閉素子１２ｂのゲート端子は、制御部５０の出力端子ＦＣに接続されている。また、開閉素子１２ｂのドレイン端子は、整流素子１３ｂのカソード端子と、誘導素子１１ｂの一端と、に接続されている。誘導素子１１ｂの他端から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、平滑コンデンサ１４ｂの一端と、制御部５０のフィードバック端子ＦＢと、に印加される。整流素子１３ｂのアノード端子と、平滑コンデンサ１４ｂの他端は、ＧＮＤへ接続されている。
なお、電圧保持部２０に代えて、前述の図２に示す電圧保持部２０ａと同様の構成の電圧保持部としてもよい。
次に、図４に示す実施の形態２による電圧変換装置１００の動作について説明する。図５は、実施の形態２による電圧変換装置の動作を説明する説明図であって、Ａは平滑コンデンサの正常時を示し、Ｂは平滑コンデンサの開放故障時を示し、Ｃは平滑コンデンサの短絡故障時を示している。図５のＡ、Ｂ、及びＣにおいて、（ａ）は、開閉素子１２ｂのドレイン電圧の波形、（ｂ）は、開閉素子１２ｂの電流の波形、（ｃ）は、出力電圧Ｖｏｕｔの波形、（ｄ）は保持電圧Ｖｐｅａｋの波形、をそれぞれ示している。
まず、スイッチングレギュレータ１０ｂにおける開閉素子１２ｂの開閉動作を開始する際、制御部５０は、予め定められた起動用降圧スイッチング回数Ｎｓ２、及び予め定められた起動用降圧デューティＤｓ２のパルス信号を開閉素子１２ｂへ出力する。ここで、起動用降圧スイッチング回数Ｎｓ２、及び予め定められた起動用降圧デューティＤｓ２は、平滑コンデンサ１４ｂが開放故障している場合においても、出力電圧Ｖｏｕｔが、出力電圧Ｖｏｕｔに接続された複数の回路素子の絶対最大定格電圧のうち、最小の絶対最大定格電圧Ｖｘ未満となり、且つ、平滑コンデンサ１４ｂの短絡故障している場合においても、開閉素子１２ｂの許容電流Ｉｘ以下となるよう設定されたものである。
つぎに、平滑コンデンサ１４ｂの正常時について説明する。図５のＡに示すように、起動後の開閉素子１２ｂは、制御部５０の出力端子ＦＣからゲート端子に断続的に与えられるパルス信号に応じて開閉動作を行い、その開閉動作に応じて、開閉素子１２ｂのドレイン電圧が図５のＡにおける（ａ）に示すように変化する。そして、開閉素子１２ｂの開閉動作により、誘導素子１１ｂは断続通電され、断続通電されることによって発生した誘導エネルギが、平滑コンデンサ１４ｂと、補助コンデンサ６０に蓄えられることで、出力電圧Ｖｏｕｔを得る。
ここで、平滑コンデンサ１４ｂが、正常である場合、図５のＡにおける（ｂ）に示すように、時刻ｔ１で開閉素子１２ｂが閉状態になることで、整流素子１３ｂの電流が時刻ｔ１から暫時増大し、時刻ｔ２において開閉素子１２ｂが開状態となることで、整流素子１３ｂの電流は漸次減少するが、誘導素子１１ｂに発生した誘導エネルギは、平滑コンデンサ１４ｂと、補助コンデンサ６０に蓄積され、出力電圧Ｖｏｕｔは、図５のＡにおける（ｃ）のように、時刻ｔ２から緩やかな傾きで上昇する。時刻ｔ２以降において、電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋは、時刻ｔ２から漸次上昇した後、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内となり、出力電圧Ｖｏｕｔは、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内に保たれる。
図５のＡに示す平滑コンデンサ１４ｂが開放故障している場合は、誘導素子１１ｂから発生した誘導エネルギは、平滑コンデンサ１４ｂに蓄積されず、補助コンデンサ６０のみに蓄積されるため、図５のＢにおける（ｃ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが時刻ｔ１から急峻に上昇し、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの上限値Ｖｕを超えることとなり、時刻ｔ２から急峻に低下する。従って、電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋは、時刻ｔ１から急峻に上昇し、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの上限値Ｖｕを超える。
さらに、図５のＣに示す平滑コンデンサ１４ａの短絡故障時には、開閉素子１２ｂの閉状態である時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に、図５のＣにおける（ｂ）に示すように、開閉素子１２ｂに短絡電流に相当する電流が流れ、図５のＣにおける（ｃ）に示す出力電圧ＶｏｕｔはＧＮＤ電位となる。従って、電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋは、ＧＮＤ電位のままとなる。
平滑コンデンサ１４ｂの正常時と、開放故障時と、短絡故障時とでは、前述のように電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋが異なる値となる。電圧保持部２０に保持された最大電圧が保持されている保持電圧Ｖｐｅａｋは、分圧回路３０により分圧されて判定部４０の入力端子ＡＤに入力される。判定部４０は、入力された保持電圧Ｖｐｅａｋの分圧された電圧に基づいて、保持電圧Ｖｐｅａｋが正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内か範囲外かを判定する。ここで、ツェナーダイオード３３が設けられている場合には、分圧回路３０により分圧された電圧が制限されて判定部４０に入力され、判定部４０は過電圧から保護される。
なお、電圧保持部２０の電圧保持コンデンサ２２に蓄積された電荷は、第１の分圧抵抗３１、第２の分圧抵抗３２により放電することとなるため、第１の分圧抵抗３１、第２の分圧抵抗３２は、判定部４０による判定に影響を与えないように、大きな抵抗値とすることが望ましい。
ここで、判定部４０が、保持電圧Ｖｐｅａｋが正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内であると判定した場合には、平滑コンデンサ１４ｂが正常であることを検出し、出力端子Ｏ１から、制御部５０の入力端子Ｉに、開閉素子１２ｂを開閉するためのＰＷＭ変調されたパルス信号の出力を許可する信号が入力される。
制御部５０はフィードバック端子ＦＢに入力される電圧、つまり出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた電圧となるようＰＷＭ変調されたパルス信号のデューティを制御し、入力電圧Ｖｉｎを予め定められた出力電圧Ｖｏｕｔへ変換する。
また、最大電圧が保持されている保持電圧Ｖｐｅａｋが、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの上限値Ｖｕより高い場合は、判定部４０は、平滑コンデンサ１４ｂが、開放故障していると判定し、出力端子Ｏ１から制御部５０の入力端子Ｉに、ＰＷＭ変調されたパルス信号の出力を禁止する信号の出力を行い、制御部５０から出力されるＰＷＭ変調されたパルス信号を停止させるとともに、判定結果を外部機器２００に通知する。
さらに、最大電圧が保持されている保持電圧Ｖｐｅａｋが、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの下限値Ｖｂより低い場合は、判定部４０は、平滑コンデンサ１４ａが、短絡故障していると判定し、開放故障時と同様に、出力端子Ｏ１から制御部５０の入力端子Ｉに、ＰＷＭ変調されたパルス信号の出力を禁止する信号の出力を行い、制御部５０から出力されるＰＷＭ変調されたパルス信号を停止させるとともに、判定結果を外部機器２００に通知する。
以上述べたように、実施の形態２による電圧変換装置１００によれば、実施の形態１による電圧変換装置と同様に、大規模な診断回路を必要とせず、小型、安価に、機器全体へ故障を広げることなく平滑コンデンサの故障診断を行うことができる。
本願は、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１０ａ、１０ｂ スイッチングレギュレータ、１１ａ、１１ｂ 誘導素子、１２ａ、１２ｂ 開閉素子、１３ａ、１３ｂ 整流素子、１４ａ、１４ｂ 平滑コンデンサ、２０、２０ａ 電圧保持部、２１ 整流素子、２２ 電圧保持コンデンサ、２３ 誘導素子、３０ 分圧回路、３１ 第１の分圧抵抗、３２ 第２の分圧抵抗、３３ ツェナーダイオード、４０ 判定部、４１ メモリ、５０ 制御部、６０ 補助コンデンサ、１００ 電圧変換装置、ＦＣ、Ｏ１、Ｏ２ 出力端子、ＦＢ フィードバック端子、Ｉ、ＡＤ 入力端子、Ｖｉｎ 入力電圧、Ｖｏｕｔ 出力電圧、Ｖｐｅａｋ 保持電圧、Ｖｒｎｇ 正常電圧範囲、Ｖｕ 上限値、Ｖｂ 下限値
本願に開示される電圧変換装置は、
開閉素子の開閉動作により断続励磁されて誘導エネルギを発生する誘導素子と、前記誘導素子により発生された前記誘導エネルギを蓄積するとともに、前記誘導エネルギを平滑化する平滑コンデンサと、前記開閉素子の開閉動作を制御する制御部と、を備えたスイッチングレギュレータを有し、
外部から供給された入力電圧を、前記スイッチングレギュレータにより予め定められた出力電圧に変換して出力する電圧変換装置であって、
前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記平滑コンデンサによる平滑の補助を行なう補助コンデンサと、
前記出力電圧の最大電圧を保持する電圧保持部と、
前記電圧保持部により保持された前記最大電圧が、予め定められた電圧範囲の範囲内にあるか範囲外にあるかを判定する判定部と、
を備え、
前記電圧保持部は、前記平滑コンデンサと前記補助コンデンサとを介して、前記出力電圧が印加され、
前記制御部は、前記開閉素子の開閉動作の制御を開始する際に、予め定められた起動用スイッチング回数、及び予め定められた起動用デューティにより前記開閉素子を開閉動作させ、
前記判定部は、前記保持された前記最大電圧が前記電圧範囲の範囲外にあると判定することにより、前記平滑コンデンサの故障を検出する、
ように構成されたものである。
ここで、平滑コンデンサ１４ｂが、正常である場合、図５のＡにおける（ｂ）に示すように、時刻ｔ１で開閉素子１２ｂが閉状態になることで、整流素子１３ｂの電流が時刻ｔ１から暫時増大し、時刻ｔ２において開閉素子１２ｂが開状態となることで、整流素子１３ｂの電流は漸次減少するが、誘導素子１１ｂに発生した誘導エネルギは、平滑コンデンサ１４ｂと、補助コンデンサ６０に蓄積され、出力電圧Ｖｏｕｔは、図５のＡにおける（ｃ）のように、時刻ｔ１から緩やかな傾きで上昇する。時刻ｔ２以降において、電圧保持部２０に保持される保持電圧Ｖｐｅａｋは、時刻ｔ１から漸次上昇した後、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内となり、出力電圧Ｖｏｕｔは、正常電圧範囲Ｖｒｎｇの範囲内に保たれる。

Claims (9)

  1. 開閉素子の開閉動作により断続励磁されて誘導エネルギを発生する誘導素子と、前記誘導素子により発生された前記誘導エネルギを蓄積するとともに、前記誘導エネルギを平滑化する平滑コンデンサと、前記開閉素子の開閉動作を制御する制御部と、を備えたスイッチングレギュレータを有し、
    外部から供給された入力電圧を、前記スイッチングレギュレータにより予め定められた出力電圧に変換して出力する電圧変換装置であって、
    前記平滑コンデンサによる平滑の補助を行なう補助コンデンサと、
    前記出力電圧の最大電圧を保持する電圧保持部と、
    前記電圧保持部により保持された前記最大電圧が、前記予め定められた電圧範囲の範囲内にあるか範囲外にあるかを判定する判定部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記開閉素子の開閉動作の制御を開始する際に、予め定められた起動用スイッチング回数、及び予め定められた起動用デューティにより前記開閉素子を開閉動作させ、
    前記判定部は、前記保持された前記最大電圧が前記電圧範囲の範囲外にあると判定することにより、前記平滑コンデンサの故障を検出する、
    ように構成されている、
    ことを特徴とする電圧変換装置。
  2. 前記スイッチングレギュレータは、降圧型であり、
    前記起動用スイッチング回数、及び前記起動用デューティは、前記平滑コンデンサの短絡状態において、前記開閉素子の許容電流以下となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
  3. 前記起動用スイッチング回数、及び起動用デューティは、
    前記平滑コンデンサの開放状態において、前記出力電圧が供給される複数の回路素子の夫々の絶対最大定格電圧のうちの最小の絶対最大定格電圧以下となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧変換装置。
  4. 前記予め定められた電圧範囲の上限値は、前記出力電圧が供給される複数の回路素子の夫々の絶対最大定格電圧以下である、
    ことを特徴とする請求項１から３のうちの何れか一項に記載の電圧変換装置。
  5. 前記判定部は、前記電圧範囲の値を記憶するメモリを備え、前記メモリが記憶する前記電圧範囲の値を書き換えることにより、前記電圧範囲を変更し得るように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の電圧変換装置。
  6. 前記判定部は、前記平滑コンデンサの故障を検出したとき、その検出結果を電圧変換装置の外部に通知するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項１から５のうちの何れか一項に記載の電圧変換装置。
  7. 前記電圧変換装置は、分圧回路を備え、
    前記電圧保持部に保持された前記最大電圧は、前記分圧回路により分圧されて前記判定部に入力される、
    ことを特徴とする請求項１から６のうちの何れか一項に記載の電圧変換装置。
  8. 前記分圧回路は、ツェナーダイオードを備え、
    前記ツェナーダイオードは、前記判定部に入力される電圧に上限を与えるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項７に記載の電圧変換装置。
  9. 前記平滑コンデンサに並列に接続され、前記平滑コンデンサの平滑動作を補助する補助コンデンサを備えた、
    ことを特徴とする請求項１から８のうちの何れか一項に記載の電圧変換装置。
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