JP5079168B1 - 電源装置 - Google Patents

Abstract

電源装置を二重化してＰＬＣを構成した際に２つの電源装置の交換時期の差をできるだけ小さくするために、電源装置３ａは、自電源装置３ａの内部温度を検出する温度検出部３４と、自電源装置３ａの温度検出部３４による温度検出値と、自電源装置３ａと同一のＰＬＣに装着される他電源装置３ｂが具備する温度検出部３４による温度検出値と、の差分がより小さくなるように自電源装置３ａの内部電源の出力を調整する出力調整回路３５と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）に二重化して搭載される電源装置に関する。

ＰＬＣの信頼性を向上させる手法として、ＰＬＣの構成ユニットを二重化することが挙げられる。構成ユニットを二重化することによって、片方の構成ユニットが故障しても他方の構成ユニットにより制御を継続できるようになる。二重化対象の構成ユニットの代表例としては、有寿命部品を多く搭載している電源ユニット（電源装置）がある。

電源ユニットを二重化する場合には、夫々の電源ユニットの出力の割合を如何にすべきかが問題となる。例えば特許文献１には、２つの電源ユニットの出力の割合を均等化する技術が開示されている。

特開２００８−１４８５１３号公報

ビルディングブロックタイプのＰＬＣには、ベースユニットの一端から当該ベースユニットの中央側に向かって２個の電源ユニットとその他の構成ユニット（例えばＣＰＵユニット）とが隙間無く装着されて構成されるものがある。このようなＰＬＣにおいて、上記特許文献１の技術のように２つの電源ユニットの出力を均等化すると、中央側の電源ユニットは、両方の側面に他の構成ユニットが隣接して装着されているため、排熱効率に差が生じ、端側に装着された電源ユニットよりも内部温度が高くなってしまう。そして、中央側の電源ユニットの寿命が端側の電源ユニットよりも寿命が短くなってしまい、電源ユニットの交換サイクルに差が生じてしまうという問題があった。これは、平滑コンデンサなど、温度が高くなるほど劣化スピードが加速する部品が電源ユニットに使用されていることによる。２つの電源ユニットの交換サイクルに差が生じると、ＰＬＣ全体の保守費用の増加を招く。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電源装置を二重化してＰＬＣを構成した際に２つの電源装置の交換時期のズレをできるだけ小さくする電源装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）に二重化して搭載され、交流の商用電源から前記ＰＬＣの内部電源を夫々生成して出力する電源装置であって、自電源装置の内部温度を検出する温度検出部と、自電源装置による内部電源の出力電流を測定する出力電流測定部と、自電源装置の温度検出部による温度検出値および自電源装置の出力電流測定部による出力電流測定値に基づく値と、自電源装置と同一のＰＬＣに装着される他電源装置の温度検出部による温度検出値および当該他電源装置の出力電流測定部による出力電流測定値に基づく値と、の差分がより小さくなるように自電源装置の内部電源の出力を調整する出力調整回路と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる電源装置は、同一のＰＬＣに二重化されて搭載されている他の電源装置との間で内部温度の差を小さくすることにより当該他の電源装置との間で有寿命部品の劣化スピードの差を小さくすることができるので、２つの電源装置の交換時期のズレを小さくすることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の電源ユニットを用いて構成されるＰＬＣの構成図である。 図２は、実施の形態１の電源ユニットの構成図である。 図３は、実施の形態１の電源ユニットの動作を説明するフローチャートである。 図４は、実施の形態２の電源ユニットの構成図である。 図５は、実施の形態２の電源ユニットの動作を説明するフローチャートである。 図６は、平滑コンデンサの劣化特性を示す図である。 図７は、実施の形態３の電源ユニットの構成図である。 図８は、ＡＣ／ＤＣ変換回路図の構成図である。 図９は、実施の形態３の電源ユニットの動作を説明するフローチャートである。 図１０は、実施の形態４の電源ユニットの構成図である。 図１１は、実施の形態４の電源ユニットの動作を説明するフローチャートである。

以下に、本発明にかかる電源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の電源装置を適用した電源ユニットを用いて構成されるＰＬＣの構成図である。図示するように、ＰＬＣ１は、ベースユニット２に、紙面左側から、２個の電源ユニット３ａ、３ｂと、ＣＰＵユニット４と、４つの一般ユニット５とが順番に装着されて構成されている。一般ユニット５は、電源ユニット３ａ、３ｂとＣＰＵユニット４とを除く構成ユニットを総称するものであり、例えば、入力ユニット、出力ユニット、モーションＣＰＵユニット、温度調整ユニット、通信ユニットなどが含まれる。ユーザは、ＰＬＣ１の使用目的に合わせて所望の一般ユニット５を選択してＰＬＣ１を構成することができる。

ベースユニット２は、電源供給線２１を備えている。電源ユニット３ａ、３ｂは、夫々内部電源を生成し、生成した内部電源を電源供給線２１を介してＣＰＵユニット４および複数の一般ユニット５に供給する。また、ベースユニット２は、電源ユニット３ａと電源ユニット３ｂとの間で出力の割合を調整するために用いられる信号線２２ａ、２２ｂを備えている。信号線２２ａは、電源ユニット３ａが電源ユニット３ｂに向けて発行する信号の伝送経路であり、以降、当該信号を調整用信号２２ａと呼ぶ。また、信号線２２ｂは、電源ユニット３ｂが電源ユニット３ａに向けて発行する信号の伝送経路であり、以降、当該信号を調整用信号２２ｂと呼ぶ。

図２は、実施の形態１の電源ユニット３ａ、３ｂの構成図である。電源ユニット３ａと電源ユニット３ｂとは同一の構成を備えているので、ここでは代表として電源ユニット３ａの構成について説明する。

電源ユニット３ａは、フィルタ・整流回路３０、スイッチング制御回路３１、ＡＣ／ＤＣ変換回路３２、二重化突合せ回路３３、温度検出部３４、および出力調整回路３５を備えている。

フィルタ・整流回路３０は、交流の商用電源を整流化および平滑化して直流電源を生成する。スイッチング制御回路３１はフィルタ・整流回路３０が生成した直流電源を、出力調整回路３５から供給される制御信号に応じた電力の交流電源に変換する。制御信号は、自電源ユニット３ａの出力電力の大きさを指定するものであり、ここでは一例としてデューティー比が採用されるものとする。スイッチング制御回路３１は、フィルタ・整流回路３０が生成した直流電源を、オン状態の期間とオフ状態の期間との比が制御信号により指定されたデューティー比となるようにスイッチングすることによって、交流電源を生成する。

ＡＣ／ＤＣ変換回路３２は、スイッチング制御回路３１が生成した交流電源を整流化および平滑化して、ＰＬＣ１内で使用される内部電源を生成する。

二重化突合せ回路３３は、ＡＣ／ＤＣ変換回路３２が内部電源を供給するラインのうちの高電位側の負荷接続ラインに接続されている。二重化突合せ回路３３は、生成された内部電源が電源ユニット３ａ側に逆流することを防止する回路であって、例えばダイオードやＦＥＴにより構成される。なお、低電位側の負荷接続ラインはシグナルグランドに接続されている。

ＡＣ／ＤＣ変換回路３２によって生成され、二重化突合せ回路３３を介して出力される内部電源の電圧は、スイッチング制御回路３１が出力した交流電源のデューティー比に応じた値となる。また、電源ユニット３ａが生成する内部電源の電圧と電源ユニット３ｂが生成する内部電源の電圧との間の大小関係により、２つの電源ユニット３ａ、３ｂの出力比率が決まる。電源ユニット３ａが生成した内部電源の電圧が電源ユニット３ｂに比べて大きいほど電源ユニット３ａの出力の割合が大きくなる。即ち、出力調整回路３５は、制御信号を操作することによって、自電源ユニット３ａが負担する出力の割合を操作することができる。

ここで、電源ユニット３ａ、３ｂは、有寿命部品を多く含んで構成される。有寿命部品とは、稼働時間に応じて劣化が進み、一定の期間を過ぎると故障や目的の機能が得られなくなるなどにより使用不可となる部品である。例えば、フィルタ・整流回路３０、ＡＣ／ＤＣ変換回路３２などに備えられる平滑コンデンサは、代表的な有寿命部品である。これらの有寿命部品は、温度が高くなるほど劣化スピードが加速する特性を有する。例えば一般的に平滑コンデンサとして用いられる電解コンデンサは、１０度（摂氏）上昇する毎に寿命が半分になるといわれている。一方、電源ユニット３ａ、３ｂは、発熱部品を備えている。例えば、二重化突合せ回路３３を構成するダイオードやＦＥＴは発熱部品である。電源ユニット３ｂは、両側に別の構成ユニットが隣接して装着されていることから、片側のみ別の構成ユニットが隣接する電源ユニット３ａよりも熱が内部に篭り易い。したがって、電源ユニット３ａ、３ｂの出力割合を均等化すると、内部で発生する熱量が等しくなり、電源ユニット３ａよりも電源ユニット３ｂのほうが内部温度が高くなる。その結果、有寿命部品の寿命に差に起因して、電源ユニット３ｂの交換サイクルが電源ユニット３ａの交換サイクルよりも短くなる。実施の形態１によれば、電源ユニット３ａ、３ｂは、双方の内部温度が等しくなるように夫々負荷を調整する。

温度検出部３４は、電源ユニット３ａの装置内温度を検出する温度センサを備えて構成され、温度検出値に応じた温度情報を出力する。温度検出部３４が出力した温度情報は、自電源ユニット３ａの出力調整回路３５に入力されるとともに、調整用信号２２ａとして電源ユニット３ｂに入力される。温度検出部３４の温度センサとしては、例えば、サーミスタや熱電対などの温度センサを採用することができる。温度センサとしてサーミスタが採用される場合には、当該サーミスタの電気抵抗値を計測する回路や、計測した電気抵抗値を温度情報に変換する回路を含めて温度検出部３４を構成することができる。また、熱電対が採用される場合には、当該熱電対の起電力を計測する回路や、計測した起電力を温度情報に変換する回路を含めて温度検出部３４を構成することができる。また、温度センサの出力値を温度情報とするようにしてもよい。

温度センサの設置位置は、発熱部品の温度と正の相関関係を有する温度を検出することができるのであれば、どの位置であっても構わない。例えば、温度センサは、電源ユニット３ａ内の発熱部品の近傍に設置される。また、例えば、温度センサは、電源ユニット３ａ内の複数の位置に設置され、温度検出部３４は、複数の温度センサの出力値に対して平均処理など所定の演算を行って温度情報を生成するようにしてもよい。

なお、電源ユニット３ｂが具備する温度検出部３４が出力した温度情報は、調整用信号２２ｂとして電源ユニット３ａに入力される。

出力調整回路３５は、電源ユニット３ａの温度情報（調整用信号２２ａ）と電源ユニット３ｂの温度情報（調整用信号２２ｂ）とを比較し、比較結果に基づいてスイッチング制御回路３１に供給する制御信号を生成する。具体的には、出力調整回路３５は、電源ユニット３ａの内部温度が電源ユニット３ｂの内部温度よりも高い場合には、電源ユニット３ａのスイッチング制御回路３１の出力電力を増加せしめ、電源ユニット３ａの内部温度が電源ユニット３ｂの内部温度よりも低い場合には、出力電力を減少せしめる。

図３は、実施の形態１の電源ユニット３ａの動作を説明するフローチャートである。まず、出力調整回路３５は、調整用信号２２ａ、２２ｂの値を取り込む（ステップＳ１）。そして、出力調整回路３５は、調整用信号２２ａの値と調整用信号２２ｂの値とを比較することによって、電源ユニット３ａ（自電源ユニット）の内部温度が電源ユニット３ｂ（他電源ユニット）の内部温度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２）。電源ユニット３ａの内部温度が電源ユニット３ｂの内部温度よりも高い場合（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、出力調整回路３５は、スイッチング制御回路３１に供給する制御信号を操作して、自電源ユニット３ａの出力電力を減少せしめる（ステップＳ３）。電源ユニット３ａの内部温度が電源ユニット３ｂの内部温度よりも低い場合（ステップＳ２、Ｎｏ）、出力調整回路３５は、スイッチング制御回路３１に供給する制御信号を操作して、自電源ユニット３ａの出力電力を増加せしめる（ステップＳ４）。ステップＳ３またはステップＳ４の処理の後、ステップＳ１の処理に移行する。

このように、ステップＳ１〜ステップＳ４またはステップＳ５のループ処理が繰り返されるうちに、電源ユニット３ａの内部温度と電源ユニット３ｂの内部温度とが等しい値となり、結果として、電源ユニット３ａの有寿命部品の劣化スピードと電源ユニット３ｂの有寿命部品の劣化スピードが等しくなる。つまり、電源ユニット３ａ、３ｂは、同じ時期に使用を開始された場合には、電源ユニット３ａ、３ｂの交換時期が等しくなる。電源ユニット３ａ、３ｂの使用開始の時期が異なる場合には、夫々の交換サイクルが等しくなる。

なお、ステップＳ３またはステップＳ４の処理における出力電力の増減幅は特定の値に限定されない。所定の刻み幅で増減せしめられるようにしてもよいし、増減幅を自他の電源ユニットの内部温度の差分に応じた値とするようにしてもよい。

以上述べたように、実施の形態１によれば、電源ユニット３ａは、自電源ユニット３ａの内部温度を検出する温度検出部３４と、自電源ユニット３ａの温度検出部３４による温度検出値と、他電源ユニット３ｂが具備する温度検出部３４による温度検出値と、を比較して、自電源ユニット３ａの内部温度が他電源ユニット３ｂの内部温度よりも高い場合には自電源ユニット３ａの内部電源の出力を小さくし、自電源ユニット３ａの内部温度が他電源ユニット３ｂの内部温度よりも低い場合には自電源ユニット３ａの内部電源の出力を大きくする出力調整回路３５と、を備えるように構成したので、電源ユニット３ａ、３ｂの内部温度が等しくなることにより電源ユニット３ａ、３ｂの有寿命部品の劣化スピードを等しくすることができ、結果として、２つの電源ユニット３ａ、３ｂの交換時期を等しくすることができるようになる。

実施の形態２．
実施の形態１によれば、電源ユニットは、同じＰＬＣに装着された他の電源ユニットとの間で内部温度が等しくなるように自電源ユニットの出力を調整するものとしたが、電源ユニットは、温度そのものではなく、温度に応じて増減する要素を一部に含む値が自他の電源ユニットの間で等しくなるように自電源ユニットの出力を調整するようにしてもよい。実施の形態２では、一例として、内部温度と出力電流との合計値の差が無くなるように出力を調整する電源ユニットについて説明する。なお、内部温度と出力電流との合計値とは、正確には、温度検出値を電圧換算して得られる値と出力電流の電流検出値との合計値である。

図４は、実施の形態２の電源ユニットの構成図である。なお、ここでは、実施の形態２の電源ユニットに６ａ、６ｂの符号を付して実施の形態１の電源ユニット３ａ、３ｂと区別する。また、実施の形態１と同等の構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、電源ユニット６ａおよび電源ユニット６ｂは、同一の構成を備えているので、代表として電源ユニット６ａについて説明する。

図４に示すように、電源ユニット６ａは、フィルタ・整流回路３０、スイッチング制御回路３１、ＡＣ／ＤＣ変換回路３２、二重化突合せ回路３３、出力電流測定部４１、温度検出部３４、調整用信号生成部４２、および出力調整回路３５を備えている。

出力電流測定部４１は、電源供給線２１に出力される電流を計測し、計測により得られた電流値を示す電流情報を出力する。出力電流測定部４１は、例えば小さな負荷抵抗を電流が出力される配線上に介挿して当該負荷抵抗の両端にかかる電圧を測定するなど、簡易な方法で電流を測定することができる。図４の例によれば、出力電流測定部４１は、シグナルグランド側に流れる電流を測定するように構成されている。

調整用信号生成部４２は、電流情報と温度情報とに基づき、調整用信号２２ａを生成する。ここでは、調整用信号生成部４２は、内部温度の測定値と出力電流の測定値とを合算した値を調整用信号２２ａとするものとする。

出力調整回路３５は、調整用信号２２ａと調整用信号２２ｂとの比較に基づいてスイッチング制御回路３１の出力を調整する。

図５は、実施の形態２の電源ユニット６ａの動作を説明するフローチャートである。図示するように、まず、調整用信号生成部４２は、温度情報および電流情報を取り込み（ステップＳ１１）、取り込んだ夫々の情報に基づいて調整用信号２２ａを生成する（ステップＳ１２）。そして、出力調整回路３５は、調整用信号２２ａ、２２ｂを夫々取り込んで（ステップＳ１３）、自電源ユニット６ａの内部温度と出力電流との合計値が他電源ユニット６ｂの内部温度と出力電流との合計値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。自電源ユニット６ａの内部温度と出力電流との合計値が他電源ユニット６ｂの内部温度と出力電流との合計値よりも大きい場合には（ステップＳ１４、Ｙｅｓ）、出力調整回路３５は、自電源ユニット６ａの出力電力を減少せしめる（ステップＳ１５）。一方、自電源ユニット６ａの内部温度と出力電流との合計値が他電源ユニット６ｂの内部温度と出力電流との合計値よりも小さい場合には（ステップＳ１４、Ｎｏ）、出力調整回路３５は、自電源ユニット６ａの出力電力を増加せしめる（ステップＳ１６）。ステップＳ１５またはステップＳ１６の処理の後、ステップＳ１１の処理に移行する。

このように、出力調整回路３５は、内部温度と出力電流との合計が電源ユニット６ａ、６ｂ間で等しくなるように出力を調整するようにした。出力が均等化されている場合、即ち電源ユニット６ａ、６ｂの出力電流が等しい場合、前述のように、電源ユニット６ｂの内部温度のほうが電源ユニット６ａの内部温度が高くなり、内部温度と出力電流との合計値は電源ユニット６ａよりも電源ユニット６ｂのほうが高くなる。したがって、電源ユニット６ａでは、ステップＳ１４、Ｎｏと判定されて出力が増加するように出力が調整され、電源ユニット６ｂでは、ステップＳ１４、Ｙｅｓと判定されて出力が減少するように出力が調整される。これにより、電源ユニット６ａ、６ｂ間で内部温度が等しくならないものの、出力電流が均等化される場合に比べて内部温度の差を小さくできる。つまり、電源ユニット６ａ、６ｂは、同じ時期に使用を開始された場合には、２つの電源ユニット６ａ、６ｂの交換時期のズレがより小さくなる。電源ユニット６ａ、６ｂの使用開始の時期が異なる場合には、夫々の交換サイクルの差がより小さくなる。

このように、実施の形態２によれば、電源ユニット６ａは、自電源ユニット６ａによる出力電流を測定する出力電流測定部４１をさらに備え、出力調整回路４３は、自電源ユニット６ａの温度検出値と自電源ユニット６ａの出力電流測定値との合計値が他電源ユニット６ｂの温度検出値と他電源ユニット６ｂの出力電流測定値との合計値よりも大きい場合、自電源ユニット６ａの内部電源の出力を小さくし、自電源ユニット６ａの温度検出値と自電源ユニット６ａの出力電流測定値との合計値が他電源ユニット６ｂの温度検出値と他電源ユニット６ｂの出力電流測定値との合計値よりも小さい場合、自電源ユニット６ａの内部電源の出力を大きくする、ように構成したので、電源ユニット６ａ、６ｂ間で出力を均等化する場合に比べて電源ユニット６ａ、６ｂの交換時期のズレを小さくすることができる。

なお、実施の形態２の説明においては、出力調整回路３５は、内部温度と出力電流との合計値を互いに比較するとして説明したが、内部温度の増減に応じて増減する要素を一部に含んでいれば、どのような値を比較のために用いる値として採用するようにしてもよい。比較のための値として内部温度の増減に応じて増減する要素を一部に含んでいれば、互いの内部温度の差が小さくなるように出力を調整することが可能になるからである。

実施の形態３．
図６は、平滑コンデンサの劣化特性を示す図である。縦軸は平滑コンデンサの容量の低下率、横軸は運用が開始されてからの経過時間を示す。特性曲線１０１、１０２、１０３は、低温、中温、高温で運用された場合の劣化特性を夫々示す。図示するように、高い温度で使用されるほど容量が早く低下する傾向がある。容量が所定の値を下回ると、電源ユニットは使用不可（即ち故障）となる。実施の形態３においては、電源ユニットは、他の電源ユニットとの間の有寿命部品が寿命を迎えるまでの稼動時間の差が小さくなるように自電源装置の出力を調整する。ここでは、推定稼働可能時間の算出対象となる有寿命部品の一例として、ＡＣ／ＤＣ変換回路に内蔵される平滑コンデンサを取り上げる。

図７は、実施の形態３の電源ユニットの構成図である。ここでは、実施の形態３の電源ユニットに７ａ、７ｂの符号を付して実施の形態１の電源ユニット３ａ、３ｂと区別する。また、実施の形態１と同等の構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、電源ユニット７ａおよび電源ユニット７ｂは、同一の構成を備えているので、代表として電源ユニット７ａについて説明する。

図７に示すように、電源ユニット７ａは、フィルタ・整流回路３０、スイッチング制御回路３１、ＡＣ／ＤＣ変換回路５１、二重化突合せ回路３３、温度検出部３４、調整用信号生成部５２および出力調整回路３５を備えている。

図８は、ＡＣ／ＤＣ変換回路５１の構成図である。図示するように、ＡＣ／ＤＣ変換回路５１は、スイッチング制御回路３１が生成した交流電源のエネルギーを取り込むトランス５１０を備えている。トランス５１０の一端と二重化突合せ回路３３とを接続される高電位側の活線である負荷接続ライン５１２上に、整流のためのダイオード５１１が挿入されている。また、ダイオード５１１よりも二重化突合せ回路３３側において、高電位側の負荷接続ライン５１２と、低電位側（シグナルグランド側）の活線である負荷接続ライン５１３との間には、３つの平滑コンデンサ５１４ａ〜５１４ｃが並列に接続されている。

そして、平滑コンデンサ５１４ａを負荷接続ライン５１２と負荷接続ライン５１３とを接続するラインの負荷接続ライン５１２側には、調整用信号生成部５２からの診断制御信号に基づいてオン／オフされるスイッチング素子５１５ａが挿入されている。また、平滑コンデンサ５１４ａの両端には、当該平滑コンデンサ５１４ａの診断を行うための放電用抵抗５１６ａが接続される。また、平滑コンデンサ５１４ａの近傍には、温度検出部３４ａが配設されており、温度検出部３４ａは、平滑コンデンサ５１４ａの近傍の温度を検出する。

同様に、平滑コンデンサ５１４ｂを負荷接続ライン５１２と負荷接続ライン５１３とを接続するラインの負荷接続ライン５１２側には、調整用信号生成部５２からの診断制御信号に基づいてオン／オフされるスイッチング素子５１５ｂが挿入されている。また、平滑コンデンサ５１４ｂの両端には、当該平滑コンデンサ５１４ｂの蓄えた電荷を放電するための放電用抵抗５１６ｂが接続される。また、平滑コンデンサ５１４ｂの近傍には、温度検出部３４ｂが配設されており、温度検出部３４ｂは、平滑コンデンサ５１４ｂの近傍の温度を検出する。

なお、温度検出部３４ａ、３４ｂは、図７の温度検出部３４に対応する。

通常時においては、スイッチング素子５１５ａ、５１５ｂはともにオン状態の状態が維持され、高電位側の負荷接続ライン５１２（Ｖｃｃ）と低電位側の負荷接続ライン５１３（０Ｖ）との間に、平滑コンデンサ５１４ａ〜５１４ｃが電気的に接続された状態となる。即ち、平滑コンデンサ５１４ａ〜５１４ｃは、ともに、ＡＣ／ＤＣ変換回路５１の平滑機能を実現する。

診断時においては、調整用信号生成部５２からの診断制御信号によりスイッチング素子５１５ａ、５１５ｂがオンからオフに順次切り替えられ、平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂは負荷接続ライン５１２から電気的に順次切り離される。スイッチング素子５１５ａ、５１５ｂがオフになると、平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂに蓄積されていた電荷が放電用抵抗５１６ａ、５１６ｂを通じて放電される。なお、調整用信号生成部５２は、スイッチング素子５１４ａをオフする制御信号を出力するとき、スイッチング素子５１４ｂをオフする制御信号を出力することはない。即ち、平滑コンデンサ５１５ａと平滑コンデンサ５１５ｂの双方が同時に負荷接続ラインから電気的に切り離されることはない。これにより、電源ユニット７ａの稼動中に平滑コンデンサ５１５ａおよび平滑コンデンサ５１５ｂの診断を行うことが可能となっている。

ここで、スイッチング素子５１５ａの導通時の抵抗を“０Ω”と見なし、平滑コンデンサ５１４ａの電圧がＶｃｃ（活線電圧）からＶｒｅｆ（例えば０〜Ｖｃｃまでの間の所定の規定電圧）まで低下する時間を放電基準時間Ｔ１とすると、この放電基準時間Ｔ１は次式で表すことができる。

Ｔ１＝Ｃ１・Ｒ１・ｌｎ(Ｖｃｃ／Ｖｒｅｆ） …（１）
Ｃ１：平滑コンデンサ５１４ａの容量値
Ｒ１：放電用抵抗５１６ａの抵抗値

調整用信号生成部５２は、放電が開始され平滑コンデンサ５１４ａの電圧がＶｃｃからＶｒｅｆになるまでの時間Ｔ２を計測し、計測した時間Ｔ２と温度検出部３４ａからの温度情報とに基づいて平滑コンデンサ５１４ａが使用不可となるまでの稼働可能時間（稼働可能時間推定値）を算出する。なお、調整用信号生成部５２は、稼働可能時間推定値を、例えば、温度、経過時間、および放電時間の３つの要素間の関係が保持された参照テーブルを用いることにより、算出することが可能である。

また、調整用信号生成部５２は、平滑コンデンサ５１４ａの場合と同様に、平滑コンデンサ５１４ｂについても時間Ｔ２を計測し、計測した時間Ｔ２と温度検出部３４ｂからの温度情報とに基づいて稼動可能時間推定値を算出する。調整用信号生成部５２は、算出した２つの稼働可能時間推定値のうちの小さいほうの値を調整用信号２２ａとして出力する。なお、調整用信号生成部５２は、算出した２つの稼働可能時間推定値の平均値など、当該２つの稼働可能時間推定値に対して所定の演算を行って得られる値を調整用信号２２ａとするようにしてもよい。

出力調整回路３５は、調整用信号２２ａ、２２ｂとして入力される自電源ユニット７ａにかかる稼働可能時間推定値と他電源ユニット７ｂにかかる稼働可能時間推定値とを比較して、自電源ユニット７ａにかかる稼働可能時間推定値が他電源ユニット７ｂにかかる稼働可能時間推定値よりも小さい場合には、自電源ユニット７ａの出力電力を減少せしめ、自電源ユニット７ａにかかる稼働可能時間推定値が他電源ユニット７ｂにかかる稼働可能時間推定値よりも大きい場合には、自電源ユニット７ａの出力電力を増加せしめる。

図９は、実施の形態３の電源ユニット７ａの動作を説明するフローチャートである。図示するように、まず、調整用信号生成部５２は、平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの夫々について、放電にかかる時間Ｔ２の計測を実行する（ステップＳ２１）。具体的には、調整用信号生成部５２は、診断制御信号を操作して、計測完了までに十分な時間だけスイッチング素子５１５ａをオフし、平滑コンデンサ５１４ａの電圧がＶｒｅｆになるまでの時間Ｔ２を計測する。そして、調整用信号生成部５２は、平滑コンデンサ５１４ａにかかる時間Ｔ２を計測後、スイッチング素子５１５ａをオンするとともにスイッチング素子５１５ｂをオフし、平滑コンデンサ５１４ａの電圧がＶｒｅｆになるまでの時間Ｔ２を計測する。そして、調整用信号生成部５２は、平滑コンデンサ５１４ｂにかかる時間Ｔ２を計測後、スイッチング素子５１５ｂをオンする。

そして、調整用信号生成部５２は、温度検出部３４ａ、３４ｂから温度情報を夫々取り込む（ステップＳ２２）。そして、調整用信号生成部５２は、時間Ｔ２の計測値と温度情報とに基づいて平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの夫々について稼働可能時間推定値を算出し、算出した２つの稼動可能時間推定値のうちの小さい方を調整用信号２２ａとして出力する（ステップＳ２３）。

すると、出力調整回路３５は、調整用信号２２ａ、２２ｂを夫々取り込んで（ステップＳ２４）、自電源ユニット７ａの稼働可能時間推定値が他電源ユニット７ｂの稼働可能時間推定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２５）。自電源ユニット７ａの稼働可能時間推定値が他電源ユニット７ｂの稼働可能時間推定値よりも大きい場合には（ステップＳ２５、Ｙｅｓ）、出力調整回路３５は、自電源ユニット７ａの出力電力を増加せしめる（ステップＳ２６）。一方、自電源ユニット７ａの稼働可能時間推定値が他電源ユニット７ｂの稼働可能時間推定値よりも小さい場合には（ステップＳ２５、Ｎｏ）、出力調整回路３５は、自電源ユニット７ａの出力電力を低減せしめる（ステップＳ２７）。ステップＳ２６またはステップＳ２７の処理の後、ステップＳ２１の処理に移行する。

なお、以上の説明においては、時間Ｔ２の計測値と温度情報とに基づいて算出した稼働可能時間推定値を調整用信号２２ａ、２２ｂとするように説明したが、稼働可能時間推定値ではなく、平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの劣化を示す情報（劣化状態情報）であればどのような情報であっても調整用信号２２ａ、２２ｂとして採用することが可能である。出力調整回路３５は、劣化を示す情報に基づいて、自他の電源ユニット７ａ、７ｂの有寿命部品が使用不可となる時期を近づけるように出力を調整するようにするとよい。例えば時間Ｔ２の計測値（即ち平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂにかかる時間Ｔ２の計測値の最小値または平均値）を調整用信号２２ａ、２２ｂとすると、自電源ユニット７ａにかかる時間Ｔ２の計測値が他の電源ユニット７ｂよりも小さい場合には自電源ユニット７ａの出力調整回路３５は自電源ユニット７ａの出力を小さくし、時間Ｔ２の計測値が他の電源ユニット７ａよりも大きい場合には出力を大きくするようにしてよい。また、容量Ｃ１の計測値（即ち平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂにかかる容量Ｃ１の計測値の最小値または平均値）を調整用信号２２ａ、２２ｂとすると、容量Ｃ１が他の電源ユニット７ｂよりも小さい場合には自電源ユニット７ａの出力調整回路３５は自電源ユニット７ａの出力を小さくし、容量Ｃ１が他の電源ユニット７ｂよりも大きい場合には自電源ユニット７ａの出力調整回路３５は自電源ユニット７ａの出力を大きくするようにするとよい。また、平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの劣化を示す情報を、時間Ｔ２の計測値ではなく、温度情報から求めるようにしてもよい。例えば、平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの劣化を示す情報として、温度検出部３４ａ、３４ｂが検出した温度情報を経過時間で積算した値を採用することができる。

また、電源ユニット７ａは、平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの稼働可能時間推定値の比較に基づいて出力を調整するものとして説明したが、電源ユニット７ａは、他の構成要素に含まれる有寿命部品（例えばフィルタ・整流回路３０が具備する平滑コンデンサ）や二重化突合せ回路３３の稼働可能時間推定値の比較に基づいて出力を調整するようにしてもよいし、複数の有寿命部品の稼働可能時間推定値に基づいて出力を調整するようにしてもよい。

また、ここでは、電源ユニット７ａは２つの温度検出部３４ａ、３４ｂを備え、夫々平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの近傍の温度を検出するとして説明したが、電源ユニット７ａが備える温度検出部の数はこれに限定されない。温度検出値と平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの近傍の温度との間に相関関係が存在すれば、この相関関係を利用して温度検出値を補正することによって平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの温度を算出することが可能だからである。

このように、実施の形態３によれば、電源ユニット７ａは、自電源ユニット７ａが具備する有寿命部品の劣化状態情報を算出する劣化状態算出部としての調整用信号生成部５２と、自他の電源ユニット７ａ、７ｂにかかる劣化状態情報に基づいて、前記有寿命部品が使用不可となる時期をより近づけるように自電源ユニット７ａの内部電源の出力を調整する出力調整回路３５と、を備えるように構成したので、自他の電源ユニット７ａ、７ｂの出力を均等化する場合に比べて自他の電源ユニット７ａ、７ｂの交換時期のズレを小さくすることができるようになる。

電源ユニット７ａは、自電源ユニット７ａの内部温度を検出する温度検出部３４ａ、３４ｂをさらに備え、調整用信号生成部５２は、温度検出値に基づいて前記有寿命部品の稼働可能時間を推定し、出力調整回路３５は、自電源ユニット７ａの有寿命部品の稼動可能時間の推定値が他電源ユニット７ｂの有寿命部品の稼動可能時間の推定値よりも大きい場合、自電源ユニット７ａの内部電源の出力を大きくし、自電源ユニット７ａの有寿命部品の稼動可能時間の推定値が他電源ユニット７ｂの有寿命部品の稼動可能時間の推定値よりも小さい場合、自電源ユニット７ａの内部電源の出力を小さくする、ように構成したので、自他の電源ユニット７ａ、７ｂの交換時期を等しくすることができるようになる。

実施の形態４．
実施の形態３によれば、新品の状態から同時に運用が開始された２つの電源ユニットのうちの１つが故障して、故障した電源ユニットのみを交換すると、交換されていない電源ユニットの劣化状態と新しい電源ユニットの劣化状態との間に大きな差ができ、結果として、新しい電源ユニットのみに負荷が集中する事態となる。実施の形態４によれば、二重化されている２つの電源ユニットの劣化状態に大きな開きがある場合には、温度差が小さくなるように夫々出力を調整し、２つの電源ユニットの劣化状態の差が許容範囲にある場合には、有寿命部品が寿命を迎えるまでの稼動時間の差が小さくなるように夫々出力を調整する。

図１０は、実施の形態４の電源ユニットの構成図である。ここでは、実施の形態４の電源ユニットに８ａ、８ｂの符号を付して実施の形態１の電源ユニット３ａ、３ｂと区別する。また、実施の形態１〜３と同等の構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、電源ユニット８ａおよび電源ユニット８ｂは、同一の構成を備えているので、代表として電源ユニット８ａについて説明する。

図１０に示すように、電源ユニット８ａは、フィルタ・整流回路３０、スイッチング制御回路３１、ＡＣ／ＤＣ変換回路５１、二重化突合せ回路３３、温度検出部３４、調整用信号生成部５２および出力調整回路６１を備えている。

温度検出部３４による温度情報は、調整用信号生成部５２に入力されるとともに、調整用信号２３ａとして自電源ユニット８ａの出力調整回路６１および他電源ユニット８ｂに入力される。なお、温度検出部３４は、温度検出部３４ａおよび温度検出部３４ｂにより構成される。調整用信号生成部５２には、温度検出部３４ａおよび温度検出部３４ｂの夫々による温度検出値が夫々温度情報として入力される。そして、２つの温度検出値のうちの大きい方が調整用信号２３ａとして出力される。なお、温度検出部３４は、２つの温度検出値の平均値など、２つの温度検出値に対して所定の演算を行って得られる値を調整用信号２３ａとして出力するようにしてもよい。

調整用信号生成部５２は、ＡＣ／ＤＣ変換回路５１が具備する平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの稼働可能時間推定値を算出し、算出した稼働可能時間推定値に基づいて調整用信号２２ａを生成する。ここでは、調整用信号生成部５２は、実施の形態３と同様に、平滑コンデンサ５１４ａにかかる稼動可能時間推定値と平滑コンデンサ５１４ｂにかかる稼動可能時間推定値とのうちの小さい方を調整用信号２２ａとして出力するものとする。

なお、他電源ユニット８ｂが具備する温度検出部３４が出力した温度情報は、調整用信号２３ｂとして電源ユニット８ａに入力される。また、他電源ユニット８ｂが具備する調整用信号生成部５２が出力した調整用信号２２ｂも電源ユニット８ａに入力される。

出力調整回路６１は、調整用信号２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂが入力される。そして、稼動可能時間推定値にかかる調整用信号（調整用信号２２ａ、調整用信号２３ａ）の比較に基づいて、温度差を小さくするように出力を調整するか、稼働可能時間推定値の差を小さくするように出力を調整するかを決定する。そして、決定した調整方法に基づいて自電源ユニット８ａの出力電力の調整を行う。

図１１は、実施の形態４の電源ユニット８ａの動作を説明するフローチャートである。図示するように、まず、調整用信号生成部５２は、平滑コンデンサ５１４ａ、５１４ｂの放電にかかる時間Ｔ２の計測を実行する（ステップＳ３１）。そして、調整用信号生成部５２は、温度検出部３４ａ、３４ｂから温度情報を取り込む（ステップＳ３２）。そして、調整用信号生成部５２は、時間Ｔ２の計測値と温度情報とに基づいて夫々稼働可能時間推定値を算出し、算出した２つの稼動可能時間推定値のうちの小さい方を調整用信号２２ａとして出力する（ステップＳ３３）。

すると、出力調整回路６１は、調整用信号２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂを夫々取り込んで（ステップＳ３４）、調整用信号２２ａ、２２ｂの比較に基づき、自電源ユニット８ａの稼働可能時間推定値と他電源ユニット８ｂの稼働可能時間推定値との差分が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３５）。

自電源ユニット８ａの稼働可能時間推定値と他電源ユニット８ｂの稼働可能時間推定値との差分が所定のしきい値よりも小さい場合（ステップＳ３５、Ｎｏ）、出力調整回路６１は、自電源ユニット８ａの稼働可能時間推定値が他電源ユニット８ｂの稼働可能時間推定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３６）。自電源ユニット８ａの稼働可能時間推定値が他電源ユニット８ｂの稼働可能時間推定値よりも大きい場合には（ステップＳ３６、Ｙｅｓ）、出力調整回路６１は、自電源ユニット８ａの出力電力を増加せしめる（ステップＳ３７）。一方、自電源ユニット８ａの稼働可能時間推定値が他電源ユニット８ｂの稼働可能時間推定値よりも小さい場合には（ステップＳ３６、Ｎｏ）、出力調整回路６１は、自電源ユニット８ａの出力電力を低減せしめる（ステップＳ３８）。ステップＳ３７またはステップＳ３８の処理の後、ステップＳ３１の処理に移行する。

一方、自電源ユニット８ａの稼働可能時間推定値と他電源ユニット８ｂの稼働可能時間推定値との差分が所定のしきい値よりも大きい場合（ステップＳ３５、Ｙｅｓ）、出力調整回路６１は、調整用信号２３ａ、２３ｂの比較に基づいて、自電源ユニット８ａの内部温度が他電源ユニット８ｂの内部温度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ３９）。電源ユニット８ａの内部温度が電源ユニット８ｂの内部温度よりも高い場合（ステップＳ３９、Ｙｅｓ）、出力調整回路６１は、ステップＳ３８の処理を実行し、電源ユニット８ａの内部温度が電源ユニット８ｂの内部温度よりも低い場合（ステップＳ３９、Ｎｏ）、出力調整回路６１は、ステップＳ３７の処理を実行する。

このように、実施の形態４によれば、出力調整回路６１は、自他の電源装置の有寿命部品の稼動可能時間の推定値の差分と所定のしきい値とを比較して、前記差分が前記しきい値よりも大きい場合には、自他の電源ユニット８ａ、８ｂの温度検出値の差分がより小さくなるように自電源ユニット８ａの出力を調整し、前記稼動可能時間の推定値の差分が前記しきい値よりも小さい場合には、前記有寿命部品が使用不可となる時期がより近くなるように自電源ユニット８ａの出力を調整する、ように構成したので、稼動可能時間推定値に許容範囲を越える差が存在する場合には、電源ユニット８ａ、８ｂの交換サイクルの差を小さくすることができ、稼動可能時間推定値の差が許容範囲に収まる場合には、電源ユニット８ａ、８ｂの交換時期のズレを小さくすることができる。これにより、２つの電源ユニット８ａ、８ｂのうちの片方のみが新品に交換された場合に当該新品の電源ユニットに負荷が集中する事態を防止することが可能となる。

なお、実施の形態１〜４の電源ユニットを構成する構成要素（出力調整回路、調整用信号生成部、温度検出部）の一部もしくは全部は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせにより実現される。構成要素をソフトウェアで実現するとは、例えばマイコンで所定のプログラムを実行することにより対応する機能を実現することである。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、ＰＬＣに二重化して搭載される電源装置に適用して好適である。

１ ＰＬＣ
２ ベースユニット
３ａ、３ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ 電源ユニット
４ ＣＰＵユニット
５ 一般ユニット
２１ 電源供給線
２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ 調整用信号
３０ フィルタ・整流回路
３１ スイッチング制御回路
３２、５１ ＡＣ／ＤＣ変換回路
３３ 二重化突合せ回路
３４、３４ａ、３４ｂ 温度検出部
３５、６１ 出力調整回路
４１ 出力電流測定部
４２、５２ 調整用信号生成部
１０１、１０２、１０３ 特性曲線
５１０ トランス
５１１ ダイオード
５１２ 負荷接続ライン
５１３ 負荷接続ライン
５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃ 平滑コンデンサ
５１５ａ、５１５ｂ スイッチング素子
５１６ａ、５１６ｂ 放電用抵抗

Claims (6)

1. プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）に二重化して搭載され、交流の商用電源から前記ＰＬＣの内部電源を夫々生成して出力する電源装置であって、
   自電源装置の内部温度を検出する温度検出部と、
   自電源装置による内部電源の出力電流を測定する出力電流測定部と、
   自電源装置の温度検出部による温度検出値および自電源装置の出力電流測定部による出力電流測定値に基づく値と、自電源装置と同一のＰＬＣに装着される他電源装置の温度検出部による温度検出値および当該他電源装置の出力電流測定部による出力電流測定値に基づく値と、の差分がより小さくなるように自電源装置の内部電源の出力を調整する出力調整回路と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記出力調整回路は、自電源装置の温度検出値と自電源装置の出力電流測定値との合計値が他電源装置の温度検出値と他電源装置の出力電流測定値との合計値よりも大きい場合、自電源装置の内部電源の出力を小さくし、自電源装置の温度検出値と自電源装置の出力電流測定値との合計値が他電源装置の温度検出値と他電源装置の出力電流測定値との合計値よりも小さい場合、自電源装置の内部電源の出力を大きくする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）に二重化して搭載され、交流の商用電源から前記ＰＬＣの内部電源を夫々生成して出力する電源装置であって、
   自電源装置が具備する有寿命部品の劣化の程度を表す劣化状態情報を算出する劣化状態算出部と、
   自電源装置の劣化状態算出部が算出した劣化状態情報と、自電源装置と同一のＰＬＣに装着される他電源装置の劣化状態算出部が算出した劣化状態情報と、に基づいて、自電源装置が備える前記有寿命部品が使用不可となる時期と前記他電源装置が備える前記有寿命部品が使用不可となる時期とのズレがより小さくなるように自電源装置の内部電源の出力を調整する出力調整回路と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
4. 前記劣化状態情報は、前記有寿命部品の稼動可能時間の推定値であり、
   自電源装置の内部温度を検出する温度検出部をさらに備え、
   前記劣化状態算出部は、前記温度検出部による温度検出値に基づいて前記有寿命部品の稼働可能時間を推定し、
   前記出力調整回路は、自電源装置の有寿命部品の稼動可能時間の推定値が他電源装置の有寿命部品の稼動可能時間の推定値よりも大きい場合、自電源装置の内部電源の出力を大きくし、自電源装置の有寿命部品の稼動可能時間の推定値が他電源装置の有寿命部品の稼動可能時間の推定値よりも小さい場合、自電源装置の内部電源の出力を小さくする、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記出力調整回路は、自他の電源装置の有寿命部品の稼動可能時間の推定値の差分と所定のしきい値とを比較して、前記差分が前記しきい値よりも大きい場合には、自電源装置の温度検出部による温度検出値と、自電源装置と同一のＰＬＣに装着される他電源装置が具備する温度検出部による温度検出値と、の差分がより小さくなるように自電源装置の内部電源の出力を調整し、前記稼動可能時間の推定値の差分が前記しきい値よりも小さい場合には、自電源装置が備える前記有寿命部品が使用不可となる時期と前記他電源装置が備える前記有寿命部品が使用不可となる時期とのズレがより小さくなるように自電源装置の内部電源の出力を調整する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記有寿命部品は、平滑コンデンサであり、
   前記劣化状態算出部は、前記平滑コンデンサの放電時間を計測し、前記放電時間の計測値と前記温度検出部による温度検出値とに基づいて前記平滑コンデンサの稼働可能時間を推定する、
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電源装置。

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