JP4509914B2 - 故障診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、電源供給路を開閉する電源遮断回路の故障診断を行う故障診断装置に関するものである。

高い信頼性が要求される電子機器では、電源装置から負荷への電源供給路を開閉する電源遮断回路を設け電源装置の出力電圧が負荷の動作電圧範囲を逸脱する場合に負荷への電源供給を遮断できるようにしている。この電源遮断回路は、電源装置の出力電圧が正常である限り動作する機会はないが、その性格上、電源装置の出力電圧正常時において、出力電圧異常時には正しく電源遮断動作が行える状態にあることを確認しておく必要がある。

特開平５−３４２９７８号公報（電源遮断回路）

しかし、電源遮断回路の故障診断では、電源遮断回路に強制的に電源遮断動作（開路動作）を行わせ、その出力電圧の低下を確認するので、電子機器の稼働中に故障診断を行うと、負荷回路の動作が一時的に不安定になるおそれがある。

そのため、従来では、電子機器の稼働を止めて電源遮断回路以降の負荷を切り離した状態で、故障診断を行っているので、定期的に故障診断を行う場合には非常に面倒である。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電子機器の稼働中に負荷の動作に影響を与えることなく電源遮断回路の故障診断を行うことができる故障診断装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明にかかる故障診断装置は、直流電源装置の正極側または負極側の電源供給路を開閉して負荷への通電と遮断とを行う電源遮断回路に、診断開始指示を受けて遮断動作を行わせ、その後診断終了指示を受けて通電動作を行わせる遮断制御手段と、前記電源遮断回路から前記負荷への供給電流によって充電動作を行い、前記負荷の入力電圧の安定化を図るコンデンサと、前記電源遮断回路と前記コンデンサとの間において前記電源遮断回路が出力する電源電圧を監視し、その監視電圧が前記負荷の動作可能電圧範囲の下限値よりも高い所定電圧値である電圧低下検出電圧に達したとき電圧低下信号を出力する電圧監視手段と、前記診断開始指示を発行した後の一定期間内に前記電圧低下信号を受信できた場合に前記電源遮断回路が正常に動作していると判断して前記診断終了指示を発行する故障診断手段とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、電子機器の稼働中に、電源遮断回路に一時的な遮断動作を行わせる場合、電源電圧の規格値からの低下はコンデンサの放電時定数で定まる放電動作に従うので、負荷の入力電圧が動作可能電圧範囲内で推移するように、電源遮断回路の遮断動作期間を制御することができ、負荷の動作に与える影響を少なくして電源遮断回路の故障診断を行うことが可能となる。

この発明によれば、電子機器の稼働中に負荷の動作に影響を与えることなく電源遮断回路の故障診断を行うことができるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかる故障診断装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による故障診断装置の構成を示すブロック図である。図１において、電源装置１は、電子機器の電源装置であるが、ここでは、例えばＤＣ２４Ｖを出力する直流電源である。そして、図１では、電源装置１と負荷２との間にＤＣ／ＤＣコンバータ３を設け、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が電源装置１の出力電圧であるＤＣ２４Ｖを負荷２の動作電圧に変換し、それを出力電圧３ｂとして負荷２に供給する構成を示してある。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、負荷２が、ＤＣ２４Ｖ以下の直流電圧（例えばＤＣ５Ｖなど）で動作する電子回路等である場合に、あるいは、ＤＣ２４Ｖ以上の直流電圧で動作する電子回路等である場合に、さらには、電源装置１が例えばＤＣ５Ｖの直流電源で、負荷２が同じＤＣ５Ｖを動作電圧であるなど、電源装置１の出力電圧と負荷２の動作電圧が同じでも、電源装置１と負荷２との絶縁を取る必要がある場合に設けられる。

すなわち、電源装置１の正極端子（＋）は、電源遮断回路４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３の正極側入力端に接続され、電源装置１の負極端子（−）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の負極側入力端に接続されている。

そして、電源遮断回路４の出力端とＤＣ／ＤＣコンバータ３の正極側入力端との接続ラインと、電源装置１の負極端子（−）とＤＣ／ＤＣコンバータ３の負極側入力端との接続ラインとの間に、電圧監視回路５及びコンデンサ６が並列に配置されている。また、故障診断回路７と遮断制御回路８とが設けられている。

電源遮断回路４は、ソース電極Ｓが電源装置１の正極端子（＋）に接続され、電源遮断回路４の出力端であるドレイン電極ＤがＤＣ／ＤＣコンバータ３の正極側入力端に接続されるトランジスタＴＲ１と、電源装置１の正極端子（＋）と負極端子（−）との間に直列に配置される抵抗素子Ｒ１，Ｒ２による分圧回路と、コレクタ電極が抵抗素子Ｒ１の一端と共に電源装置１の正極端子（＋）に接続され、エミッタ電極が抵抗素子Ｒ１の他端である抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の直列接続端に接続されるトランジスタＴＲ２とを備えている。トランジスタＴＲ１のゲート電極Ｇは抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の直列接続端に接続されている。トランジスタＴＲ２のベース電極には、遮断制御回路８の出力が印加される。

この電源遮断回路４では、遮断制御回路８の出力レベルが図１の例では低レベル（以降「Ｌレベル」と記す）の場合、トランジスタＴＲ２がＯＦＦ動作を行うので、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の直列接続端に電源装置１の出力電圧であるＤＣ２４Ｖを分圧した所定電圧が発生する。この分圧電圧によってトランジスタＴＲ１がＯＮ動作を行い、電源装置１の出力電圧（ＤＣ２４Ｖ）がＤＣ／ＤＣコンバータ３に供給される。一方、遮断制御回路８の出力レベルが図１の例では高レベル（以降「Ｈレベル」と記す）の場合、トランジスタＴＲ２がＯＮ動作を行い、抵抗素子Ｒ１を短絡するので、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の直列接続端には抵抗素子Ｒ２の抵抗値で定まる前記分圧電圧よりも高い所定電圧が発生する。この分圧電圧よりも高い所定電圧よって、トランジスタＴＲ１がＯＦＦ動作を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への電源供給が遮断される。

ここに、電圧監視回路５とコンデンサ６と故障診断回路７と遮断制御回路８とは、全体として故障診断装置を構成している。

電圧監視回路５は、電源遮断回路４の出力電圧を監視電圧５ａとし、監視結果である電圧監視信号５ｂを故障診断回路７に出力するが、図１の構成では、監視電圧５ａはＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧３ａである。そこで、図１の構成では、電圧監視回路５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作可能電圧範囲の下限値よりも高い所定電圧値が「電圧低下検出電圧」として設定され、また、「電圧低下検出電圧」よりも高い所定電圧値が「電圧正常検出電圧」として設定されている。

すなわち、電圧監視回路５は、監視電圧５ａがＤＣ２４Ｖである場合は電圧監視信号５ｂを例えばＬレベルにしているが、監視電圧５ａが降下して「電圧低下検出電圧」未満に達すると、電圧監視信号５ｂをＨレベルに立ち上げ、その後監視電圧５ａが上昇して「電圧正常検出電圧」に達すると、電圧監視信号５ｂをＬレベルに戻す動作を行う。

コンデンサ６は、電源遮断回路４が電源遮断動作を行っていない場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への供給電流４ａによって充電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧３ａを安定化しているが、電源遮断回路４が一時的に電源遮断動作を行い回復する動作を行うと、所定の時定数によって放電し、充電する動作が行われる。これによって、電圧監視回路５の上記した監視動作が可能になる。

故障診断回路７は、遮断制御回路８に与える診断開始信号７ａを、通常は例えばＬレベルにしているが、診断を開始するときにＨレベルに立ち上げ、電圧監視信号５ｂを受け付けると、診断を終了したとして元のＬレベルに戻す動作を行う。

遮断制御回路８は、トランジスタＴＲ２のベース電極に与える電源遮断信号８ａを、図１に示す例では、通常はＬレベルにしているが、故障診断回路７から診断開始信号７ａを受け取ると、診断開始信号７ａがＨレベルである期間内Ｈレベルにし、その後元のＬレベル戻す動作を行う。これによって、電源遮断回路４では、一時的に電源遮断動作を行い回復する動作が行われる。

次に、図１と図２を参照して以上のように構成される故障診断装置の動作について説明する。なお、図２は、故障診断装置の動作を説明するタイムチャートである。図２において、（１）はＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧３ａ、つまり、電圧監視回路５の監視電圧５ａの変化波形を示す。（２）は故障診断回路７が出力する診断開始信号７ａの波形を示す。（３）は遮断制御回路８が出力する電源遮断信号８ａの波形を示す。（４）は電圧監視回路５が出力する電圧監視信号５ｂの波形を示す。

図２（１）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作可能電圧範囲は、例えば１２Ｖ〜３０Ｖであり、この動作可能電圧範囲内において、下限値１２Ｖよりも高い電圧低下検出電圧１０と、電圧低下検出電圧１０よりも高い電圧正常検出電圧１１とが定められている。これらは、上記したように電圧監視回路５に設定されている。

電源装置１が投入されると、遮断制御回路８は、電源遮断信号８ａをＬレベルにするので（３）、電源遮断回路４の出力電圧である電圧監視回路５の監視電圧５ａは０Ｖから２４Ｖに向かって上昇し、規格電圧値２４Ｖで安定する（１）。その監視電圧５ａの上昇過程で、電圧監視回路５は、電圧監視信号５ｂを監視電圧５ａが０Ｖから電圧正常検出電圧１１に達するまではＨレベルにし、監視電圧５ａが電圧正常検出電圧１１を超えるとＬレベルにする（４）。

コンデンサ６では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への供給電流４ａによって充電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧３ａをＤＣ２４Ｖに安定化している。

監視電圧５ａが２４Ｖに到達した以降において、故障診断回路７が診断開始信号７ａをＨレベルに立ち上げると（ａ）、遮断制御回路８が電源遮断信号８ａをＨレベルに立ち上げるので（ｂ）、電源遮断回路４が遮断動作を行う。これによって、電源遮断回路４からＤＣ／ＤＣコンバータ３への供給電流４ａが無くなるので、コンデンサ６では、電圧監視回路５やＤＣ／ＤＣコンバータ３を放電路とする放電が開始され、監視電圧５ａ及び入力電圧３ａが２４Ｖから低下する（ｃ）。

電圧監視回路５は、監視電圧５ａが、放電時定数に従って低下する過程で、電圧低下検出電圧１０に到達すると（ｄ）、電圧監視信号５ｂをＨレベルに立ち上げる（ｅ）。故障診断回路７は、診断開始信号７ａを一定期間内Ｈレベルにしているときに、電圧監視信号５ｂがＨレベルになったので、電源遮断回路４は正常であると判断し、診断終了を指示するために診断開始信号７ａをＬレベルに立ち下げる（ｆ）。

遮断制御回路８は、診断開始信号７ａがＬレベルになったことを受けて電源遮断信号８ａをＬレベルに立ち下げる（ｇ）。これによって、電源遮断回路４が遮断動作を止めて通電動作を再開するので、コンデンサ６では、供給電流４ａによる充電が開始され、監視電圧５ａ及び入力電圧３ａが電圧低下検出電圧１０を最低値（ｈ）とし、そこからＤＣ２４Ｖに向かって上昇に転じ、ＤＣ２４Ｖに復帰する（ｋ）。

電圧監視回路５は、監視電圧５ａが、その上昇過程で、電圧正常検出電圧１１を通過するときに（ｉ）、電圧監視信号５ｂをＬレベルに戻す（ｊ）。

なお、故障診断回路７は、診断開始信号７ａをＨレベルにしてから一定期間内に電圧監視信号５ｂがＨレベルにならないときは、遮断制御回路８、電源遮断回路４、電圧監視回路５の何れかが故障していると判断する。

以上の動作説明から理解できるように、電子機器の稼働中に、電源遮断回路４に一時的な遮断動作を行わせる場合、電圧の規格値２４Ｖからの低下はコンデンサ６の放電時定数で定まる放電動作に従うので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧３ａがＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作可能電圧範囲内で推移するように、電源遮断回路４の遮断動作期間を制御することができる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧３ｂは低下せず、負荷２の動作が一時的に不安定になることはない。

ここで、図１に示した構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、負荷２から見れば電源装置１の一部であると言えるが、電源装置１から見れば負荷２の一部であると言える。すなわち、電源装置１が負荷２の動作電圧を直接出力する直流電源であり、両者間を絶縁する必要がない場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は不要となるが、この場合でも同様に、負荷２の入力電圧であるコンデンサ６の端子電圧（入力電圧３ａ）は、負荷２の動作可能電圧範囲内で推移するように制御できるので、負荷２の動作に大きな悪影響を与えないようにすることができる。

このように、実施の形態１によれば、電子機器の稼働中に負荷の動作に影響を与えることなく電源遮断回路の故障診断を行うことができる。

特に、電源装置と負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータを介在させる場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下させずに電源遮断回路の故障診断を行うことができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による故障診断装置の構成を示すブロック図である。なお、図３では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

すなわち、実施の形態２による故障診断装置では、図１（実施の形態１）に示した構成において、電圧監視回路５とコンデンサ６との間の電源供給路に、ダイオード１３を介在させてある。

次に、図３と図４を参照して以上のように構成される故障診断装置の動作について説明する。なお、図４は、故障診断装置の動作を説明するタイムチャートである。図４において、（１）はＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧３ａの変化波形を示す。また、破線で実施の形態１での波形も示してある。（２）は電圧監視回路５の監視電圧５ａの変化波形を示す。（３）は故障診断回路７が出力する診断開始信号７ａの波形を示す。（４）は遮断制御回路８が出力する電源遮断信号８ａの波形を示す。（５）は電圧監視回路５が出力する電圧監視信号５ｂの波形を示す。

電源装置１が投入され、電源遮断回路４が通電動作を行い、コンデンサ６がＤＣ／ＤＣコンバータ３への供給電流４ａによって充電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧３ａを規格電圧値２４Ｖに安定化している状態で、故障診断回路７が診断開始信号７ａをＨレベルに立ち上げると（ａ）、遮断制御回路８が電源遮断信号８ａをＨレベルに立ち上げるので（ｂ）、電源遮断回路４が遮断動作を行う。これによって、電源遮断回路４からＤＣ／ＤＣコンバータ３への供給電流４ａが無くなるので、監視電圧５ａ及び入力電圧３ａが２４Ｖから低下する（ｃ）。

この場合、コンデンサ６から電圧監視回路５に向かう放電路にはダイオード１３が逆方向に介在するので、コンデンサ６から電圧監視回路５への放電電流の流入が抑制される。そのため、監視電圧５ａの低下速度は実施の形態１の場合よりも早くなり、一方、入力電圧３ａの低下速度は実施の形態１の場合よりも遅くなる。

電圧監視回路５は、監視電圧５ａが低下する過程で、電圧低下検出電圧１０に到達すると（ｄ）、電圧監視信号５ｂをＨレベルに立ち上げる（ｅ）。故障診断回路７は、診断開始信号７ａを一定期間内Ｈレベルにしているときに、電圧監視信号５ｂがＨレベルになったので、電源遮断回路４は正常であると判断し、診断終了を指示するために診断開始信号７ａをＬレベルに立ち下げる（ｆ）。

遮断制御回路８は、診断開始信号７ａがＬレベルになったことを受けて電源遮断信号８ａをＬレベルに立ち下げる（ｇ）。これによって、電源遮断回路４が遮断動作を止めて通電動作を再開するので、監視電圧５ａは電圧低下検出電圧１０を最低値とし、そこから２４Ｖに向かって上昇に転じ（ｈ）、ＤＣ２４Ｖに復帰する（ｋ）。

一方、コンデンサ６では、電源遮断回路４が通電動作を再開すると、ダイオード１３を介して流入する供給電流４ａによる充電が開始されるが、充電開始時点での端子電圧（入力電圧３ａ）は、電圧低下検出電圧１０よりも相当に高い電圧であり、その電圧低下検出電圧１０よりも相当に高い電圧を最低値とし、そこから２４Ｖに向かって上昇に転じ（ｍ）、２４Ｖに復帰する（ｋ）。

以降は、実施の形態１の場合と同様に、電圧監視回路５は、監視電圧５ａが、その上昇過程で、電圧正常検出電圧１１を通過するときに（ｉ）、電圧監視信号５ｂをＬレベルに戻す（ｊ）。

また、故障診断回路７は、診断開始信号７ａをＨレベルにしてから一定期間内に電圧監視信号５ｂがＨレベルにならないときは、遮断制御回路８、電源遮断回路４、電圧監視回路５の何れかが故障していると判断する。

ここで、図４（１）に示すように、電源遮断回路４が通電動作を再開した時の入力電圧３ａは、実施の形態１では、電圧低下検出電圧１０（ｈ）であったが、この実施の形態２では、電圧低下検出電圧１０よりも相当に高い電圧（ｍ）となる。つまり、電源遮断回路４の遮断動作時での低下電圧幅は、電圧幅１５だけ実施の形態１よりも小さくなるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御が安定する。

また、電源遮断回路４の遮断動作時では、監視電圧５ａの低下速度が実施の形態１よりも早くなるので、故障診断回路７での診断時間が期間１６だけ短くなる。

このように、実施の形態２によれば、実施の形態１にて得られる効果に加えて、電源遮断回路の正常性を診断する期間を実施の形態１よりも短くすることができる。また、電源遮断回路の遮断動作時における負荷の入力電圧低下幅も実施の形態１よりも小さくすることができるので、電源遮断回路の正常性診断が負荷の動作に与える影響を少なくすることができる。

特に、電源装置と負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータを介在させる場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧低下幅が小さくなるので、電源遮断回路の正常性診断がＤＣ／ＤＣコンバータの動作に与える影響が減り、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御が安定する効果が得られる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による故障診断装置の構成を示すブロック図である。なお、図５では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

すなわち、実施の形態３による故障診断装置では、図１（実施の形態１）に示した構成において、電源遮断回路４の配置位置が、電源装置１の正極端子（＋）の電源供給路から電源装置１の負極端子（−）の電源供給路に変更されている。

この構成によっても、電源遮断回路４は通電・遮断の動作を支障なく実施することができ、電源遮断回路４の故障診断も実施の形態１と同様に実施することができる。なお、この実施の形態３では、実施の形態１への適用例を示すが、実施の形態２にも同様に適用することができる。

そして、図３では、ダイオード３を、電源遮断回路４が開閉する側（電源装置１の正極端子（＋）側）における電圧監視回路５とコンデンサ６との間の電源供給路に介在させた場合を示したが、電源遮断回路４が開閉しない側（電源装置１の負極端子（−）側）において電圧監視回路５とコンデンサ６との間の電源供給路に介在させた場合でも、同様の動作を行うことができる。

なお、実施の形態１〜３では、電源遮断回路を構成するスイッチ素子として、電界効果トランジスタＴＲ１とバイポーラトランジスタＴＲ２とを用いた場合を示したが、電源遮断回路は、リレーなどその他のスイッチ素子を用いて構成してもよい。

以上のように、この発明にかかる故障診断装置は、電子機器の稼働中に負荷の動作に影響を与えることなく電源遮断回路の故障診断を行うのに有用であり、特に、電源装置と負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータを介在させる場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低下させずに電源遮断回路の故障診断を行うのに好適である。

この発明の実施の形態１による故障診断装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す故障診断装置の動作を説明するタイムチャートである。 この発明の実施の形態２による故障診断装置の構成を示すブロック図である。 図３に示す故障診断装置の動作を説明するタイムチャートである。 この発明の実施の形態３による故障診断装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電源装置
２ 負荷
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ 電源遮断回路
５ 電圧監視回路
６ コンデンサ
７ 故障診断回路
８ 遮断制御回路
１３ ダイオード

Claims (3)

1. 直流電源装置の正極側または負極側の電源供給路を開閉して負荷への通電と遮断とを行う電源遮断回路に、診断開始指示を受けて遮断動作を行わせ、その後診断終了指示を受けて通電動作を行わせる遮断制御手段と、
   前記電源遮断回路から前記負荷への供給電流によって充電動作を行い、前記負荷の入力電圧の安定化を図るコンデンサと、
   前記電源遮断回路と前記コンデンサとの間において前記電源遮断回路が出力する電源電圧を監視し、その監視電圧が前記負荷の動作可能電圧範囲の下限値よりも高い所定電圧値である電圧低下検出電圧に達したとき電圧低下信号を出力する電圧監視手段と、
   前記診断開始指示を発行した後の一定期間内に前記電圧低下信号を受信できた場合に前記電源遮断回路が正常に動作していると判断して前記診断終了指示を発行する故障診断手段と、
   を備えていることを特徴とする故障診断装置。
2. 前記電圧監視手段と前記コンデンサとの間におけるいずれか一方の電源供給路にダイオードが介在していることを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記負荷の入力段にＤＣ／ＤＣコンバータが配置されている場合は、前記電圧低下検出電圧は、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの動作可能電圧範囲の下限値よりも高い所定電圧値であることを特徴とする請求項１または２に記載の故障診断装置。

Images