JP5500882B2 - 交流回路シミュレーション装置、交流回路シミュレーション方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電気回路における電気回路の動作を解析するシミュレーションに関する。

電子機器に搭載される電気回路は、試作工程においてさまざまな評価試験が行われる。これらの評価のひとつに電気回路の安全性を確認する評価試験がある。この試験は電気回路に搭載された部品が故障したときにも、安全性が確保されることを確認する試験である。具体的には部品を短絡または開放したときに他の部品に異常が生じないかを確認している。

この試験は部品ひとつひとつを擬似的に故障させて、回路の挙動を確認しなければならない。この擬似的な故障状態を設定する作業は、電気回路を構成するすべての部品に対して設定する必要があるため、多大な時間を要する。また設定ミスや漏れが発生し、間違った試験が行われる可能性がある。そこで、回路シミュレーションによる故障解析方法が提案されてきた。

特許文献１の電気回路の故障解析方法では、電気回路の構成要素を短絡または開放して試験したときに、電気回路の構成要素に異常が発生するか否かを解析できる技術が開示されている。具体的には、電気回路の構成要素を短絡または開放したネットリストを作成し、それを解析する。各構成要素の解析結果と各構成要素の規定値である定格情報とを比較し、解析結果が定格情報を超えた場合に異常が生じると判断する。この結果として、試験個所と異常判断された構成要素を点滅して表示する。これにより、使用者は回路情報を入力するだけで、自動的に試験を行うことができるので、実際の試験にかかる時間を削減することができるようになった。また、情報演算処理装置により自動的にすべての設定を試験するため、人手に比べて正確且つ漏れのない試験を行うことができるようになった。

特開平９−３１９７７７号公報

上記のように特許文献１に記載の電気回路の故障解析方法では、電気回路の構成要素である部品が短絡または開放したときに、他の部品に異常が発生するか否かを解析する。一方で、部品故障には短絡と開放だけでなく、ある抵抗を保持して故障（以下、ハーフショート）する場合もある。この場合、電力消費により故障した部品自身に異常が生じることがあるため、ハーフショートした場合についても試験を行う必要がある。

しかし、部品がハーフショートしたときの抵抗値は、部品の壊れ方のばらつくため、消費電力を計算することができない。そこで、ハーフショートさせる部品を抵抗値の異なる抵抗に複数回変更するなどにより、部品を擬似的にハーフショートさせて試験を行う必要がある。このため、抵抗の設定作業に多大な時間が必要となり、さらに抵抗値の決定は試験者に依存するため、判断ミスや試験漏れを生じる可能性が少なからずある。

上記問題点を解決するために、ハーフショートしたときの抵抗を計算することが課題となる。ここで、ハーフショートしたときの抵抗とは、部品の壊れ方のばらつきを再現するような抵抗ではなく、ばらつきを包含する抵抗であることが必要になる。なぜなら、一つの故障状態を再現する抵抗を計算したところで、量産に使用するすべての個体差を包含する検証ができたことにはならず、すべての故障状態で異常が生じないことを確認することが求められるためである。さらにハーフショートした部品に異常が生じるのは、故障時の抵抗に電流が流れて、電力を消費することにより異常発熱するからである。

よって、上記問題を解決するためには、部品がハーフショートしたときの該部品の抵抗値と該部品の消費電力を計算することが課題となる。

本発明は、上記課題を解決することを目的とする。すなわち、電気回路を構成する部品が故障したときにも安全性が確保されているか否かを確認することのできる回路シミュレーションを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る交流回路シミュレーション装置は、電気回路の結線を表す結線情報を取得する取得手段と、前記結線情報に基づき前記回路を構成する部品を選択する部品選択手段と、前記部品を抵抗値の異なる抵抗に置換する設定を行う設定手段と、前記取得された結線情報と前記設定された抵抗値とを用いて結線情報を作成する結線情報作成手段と、前記取得された結線情報と前記作成された結線情報とを用いて、前記回路である交流回路の一部に対する直流等価電源の値と内部抵抗の値とを計算する計算手段と、前記直流等価電源の値と内部抵抗の値とを用いて、前記選択した部品の抵抗の値と、該抵抗の値に対する消費電力を算出する算出手段とを有する。

以上、説明したように、本発明によれば、電気回路の部品が故障したときにも安全性が確保されているか否かを確認することのできる回路シミュレーションを提供できる。

本実施形態に係る回路シミュレーションのための構成図である。 本実施形態に係る回路シミュレーションの機能構成図である。 実施例１に係る回路シミュレーションのフローチャートである。 本実施形態に係るユーザインタフェース画面を示す図である。 テブナンの等価電源に関する模式図である。 本実施形態に係る結果表示画面を示す図である。 実施例１に係る電気回路の模式図である。 実施例１に係る電気回路の結線情報を示す模式図である。 実施例１のステップＳ３０５で作成される結線情報を示す図である。 実施例１のステップＳ３０６で作成される解析結果を示す図である。 実施例１に係る、短絡故障した部品を含む電気回路を示す模式図である。 実施例１に係る、短絡故障した部品を含む結線情報を示す模式図である。 実施例１のステップＳ３０５で作成される、短絡故障した部品を含む結線情報から作成した結線情報を示す図である。 ノートンの等価電源に関する模式図である。 実施例３に係る回路シミュレーションのフローチャートの一部である。 実施例３に係る回路シミュレーションのフローチャートの一部である。 実施例３に係る電気回路を示す模式図である。 実施例３に係る電気回路の結線情報を示す模式図である。 実施例３のステップＳ２４０２で作成される結線情報を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本実施形態に係る回路シミュレーションの一例を詳細に説明する。

図１は本実施例に係る回路シミュレーション方法を実行するコンピュータ装置の概略的構成を説明するための装置構成図である。図１において、中央処理装置（ＣＰＵ）１０は、装置全体を制御する。主記憶装置１１は読み出し専用記憶装置（ＲＯＭ）やＣＰＵ１０が計算処理時に一時的な読み書きを行う記憶装置（ＲＡＭ）を含む。外部記憶装置１２はハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＤ等の記憶媒体へのデータの読み書きに利用される。出力装置（プリンタ）１３は計算結果等を印刷する。表示装置１４はブラウン管や液晶ディスプレイに代表される。入力装置１５はマウスやキーボード等に代表される装置である。バス１６はアドレスバス、データバス、制御バス等の情報を伝達する。処理プログラム１２ａはコンピュータ装置内にインストールされた回路シミュレーションを行うためのプログラムである。結線情報１２ｂは電気回路の結線情報である。ここで結線情報とは、回路を構成する部品に関する情報、部品の端子に関する情報、部品の端子間の結線に関する情報のことである。中央処理装置（ＣＰＵ）１０、主記憶装置１１、外部記憶装置１２、出力装置１３、表示装置１４及び入力装置１５は、それぞれバス１６を介して互いに接続されている。

図２は、本発明にかかる回路シミュレーションプログラムの機能の構成を説明するための機能構成図である。図２において、入力部２０は入力装置１５を構成に含み、ユーザが入力装置１５を用いて入力した、結線情報１２ｂの読み込み指示や、処理プログラム１２ａなどの実行に使用される条件（以下、解析条件）に関する情報をコンピュータ装置内に入力する機能部分である。

外部記憶情報抽出部２１は、外部記憶装置１２を構成に含む。入力部２０から処理プログラム１２ａの実行が入力されると、その入力に従ってＣＰＵ１０からの制御命令により外部記憶装置１２中に記憶された処理プログラム１２ａを抽出する。抽出された処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１内に記憶される。また、外部記憶情報抽出部２１は、入力部２０から結線情報１２ｂを読み込む指示が出されると、その指示に従ってＣＰＵ１０からの制御命令により外部記憶装置１２内に記憶された結線情報１２ｂを抽出する。抽出された結線情報１２ｂは主記憶装置１１内に記憶される。

ハーフショート抵抗計算部２２は、ＣＰＵ１０および処理プログラム１２ａを構成に含む。入力部２０から処理プログラム１２ａが実行されると、ＣＰＵ１０が主記憶装置１１の一部の領域を利用しながら、回路解析やハーフショートした部品の抵抗値を計算するなどの処理を行う。なお、ハーフショートとは、ある抵抗を保持して部品が故障することである。該ハーフショート抵抗計算部２２の処理は、主記憶装置１１に記憶されている解析条件、処理プログラム１２ａおよび結線情報１２ｂに基づいて行われる。結線情報作成部２２ａは、外部記憶情報抽出部２１により抽出した結線情報１２ｂから構成部品を特定し、ハーフショートの対象となる部品を出力部２３により表示装置１４に表示する。ユーザは表示された部品の中から、ハーフショートさせる部品を選択し、入力装置１５から入力する。結線情報作成部２２ａは、ＣＰＵ１０の制御により、入力部２０から入力された部品情報をもとに、ユーザが選択した部品を異なる抵抗値に置換した結線情報を作成する。作成した結線情報は主記憶装置１１内に記憶される。さらに、ユーザが入力部２０により入力した解析条件を用いて解析情報を作成する。解析情報は、外部記憶装置１２内に記憶される。回路解析部２２ｂはＣＰＵ１０の制御により、外部記憶装置１２内に記憶された解析情報を用いて解析を行う。各解析結果は外部記憶装置１２内に記憶される。解析結果取得部２２ｃは、外部記憶装置１２内に記憶された解析結果を外部記憶情報抽出部２１により抽出する。抽出した解析結果はそれぞれ、主記憶装置１１内に記憶される。さらに解析結果取得部２２ｃは、ＣＰＵ１０の制御により、主記憶装置１１内に記憶された解析結果から、置換した抵抗の端子間電圧と抵抗を流れる電流の値を抽出する。抽出した端子間電圧と電流の値を組みにして、主記憶装置１１内に記憶する。等価電源パラメータ計算部２２ｄは、ＣＰＵ１０の制御により、主記憶装置１１に記憶された、端子間電圧と端子電流の組みから、等価電源の電源の値と内部抵抗の値を計算する。計算した電源の値と内部抵抗の値は主記憶装置１１内に記憶される。抵抗計算部２２ｅは、ＣＰＵ１０の制御により、主記憶装置１１内に記憶された等価電源の値と内部抵抗の値から、選択した部品の抵抗値を計算する。該抵抗値を用いて、消費電力を計算し、抵抗値と消費電力を主記憶装置１１内に記憶する。

出力部２３は、処理プログラム１２ａの実行結果などを表示装置１４に表示する。すなわち、主記憶装置１１内に記憶した抵抗値と消費電力を表示装置１４に表示する。

図３は、本実施例にかかる回路シミュレーションにおける処理手順の好適な一例を説明するためのフローチャートである。以下、本実施例にかかる回路シミュレーションプログラムの動作を、図３のフローチャートと、図４から図１０までの図を用いて詳細に説明する。尚、図を見易くするために異なる図で同じものに対しては、同じ符号を用いている。

まず、図３のフローチャートについて説明する。入力部２０からＣＰＵ１０が処理プログラム１２ａの実行指示を受け付けると、外部記憶情報抽出部２１により主記憶装置１１に転送された処理プログラム１２ａをＣＰＵ１０が読み出し、処理プログラム１２ａが開始される（ステップＳ３００）。

そして外部記憶情報抽出部２１が、結線情報１２ｂを主記憶装置１１に転送する。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１に記憶された結線情報を読み込み、電気回路を構成する部品情報を抽出する（ステップＳ３０１）。

さらに入力部２０がハーフショート部品情報を受け付ける（ステップＳ３０２）。ここで、ハーフショート部品情報とは、本実施例に係るプログラムにおいて、消費電力が最大となるときの抵抗値を計算する部品の部品番号のことである。この設定方法として、例えば、ユーザが表示装置１４により表示された設定画面にて直接入力し、ＣＰＵ１０が入力された部品番号を読み出す方法が考えられる。この場合、表示装置１４に図４（ａ）のような設定画面を表示して、電気回路を構成する部品を設定画面に表示し、その中からユーザが対象部品を選択すればよい。また、別の方法として、例えば、ユーザが予め設定ファイルなどに部品番号を記述し、この設定ファイルを外部記憶装置１２に記憶しておき、ＣＰＵ１０が外部記憶情報抽出部２１を通して設定ファイルを読み込むなどの方法も考えられる。処理プログラム１２ａは、受け付けた部品番号を主記憶装置１１に記憶する。

ステップＳ３０２においてハーフショートさせる部品が特定されると、抵抗計算に使用する抵抗値を設定する（ステップＳ３０３）。設定された抵抗値は主記憶装置１１に記憶される。この設定方法として、例えば、ユーザが表示装置１４により表示された設定画面にて直接入力し、ＣＰＵ１０が入力された抵抗値を読み出す方法が考えられる。この場合、表示装置１４に図４（ｂ）のような設定画面を表示して、ユーザが抵抗値を入力すればよい。また、別の方法として、例えば、ユーザが予め設定ファイルなどに抵抗値を２つ記述し、この設定ファイルを読み込むなどの方法も考えられる。尚、置換する抵抗値は、任意の異なる値であればよく、予め設定しておいた、異なる２つの抵抗値を用いても計算に影響を与えない。

さらに、回路解析を行う際に使用する、解析条件を設定する（ステップＳ３０４）。ここで、本実施例では過渡解析を行うので、解析条件とは解析時間と解析ステップ幅を指す。この設定方法として、例えば、ユーザが表示装置１４により表示された設定画面にて直接入力し、ＣＰＵ１０が入力された解析条件を読み出す方法が考えられる。この場合、表示装置１４に図４（ｃ）のような設定画面を表示して、ユーザが解析条件を設定すればよい。また、別の方法として、例えば、ユーザが予め設定ファイルなどに解析条件を記述し、この設定ファイルを読み込むなどの方法も考えられる。処理プログラム１２ａは、設定された解析条件を主記憶装置１１に記憶する。

次に、結線情報に基づいて、ステップＳ３０２で選択した部品の１つを、ステップＳ３０３で設定した抵抗値の抵抗に置換した、結線情報を作成する（ステップＳ３０５）。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１に記憶された結線情報とハーフショートさせる部品の部品番号を読み込み、ＣＰＵ１０の制御により、結線情報の中から該当する部品番号を検索する。ＣＰＵ１０の制御により、検索した部品に関する記述を、ステップＳ３０３で設定した抵抗に書き換えて、主記憶装置１１に記憶する。また、作成した結線情報の個数を主記憶装置１１に記憶する。ここで、ステップＳ３０３では、一例として、設定した２つの抵抗に置換するので、少なくとも２つの結線情報が作成される。この２つの結線情報を１組みとする。この結線情報の個数は、ステップＳ３０２で選択した部品の端子から、２端子を取る組み合わせの数の２倍となる。例えば、２端子部品であれば、２端子から２端子を取る組み合わせは１通り、この端子間にステップＳ３０３で設定した異なる抵抗を挿入するので、結線情報は２つ作成される。また、作成した結線情報とステップＳ３０４で設定した解析条件から解析情報を作成し、外部記憶装置１２に記憶する。ステップＳ３１１から処理が戻ってきた際には、主記憶装置１１に記憶されていて、まだ処理をしていない部品番号に対して、同様の処理を行う。

ステップＳ３０５で作成した解析情報に基づいて各結線情報の解析を実施する（ステップＳ３０６）。ここで、回路の挙動を解析する方法の一例として、例えば、ＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｅｍｐｈａｓｉｓ）のような回路シミュレータを用いる方法が考えられる。解析結果は外部記憶装置１２に記憶される。また、解析した結線情報の個数を主記憶装置１１に記憶する。

ここで、ステップＳ３０５で作成した２つの結線情報が解析されたか否かを判断する（ステップＳ３０７）。処理プログラム１２ａは主記憶装置１１に記憶した結線情報の個数と、解析した結線情報の個数を読み出し、ＣＰＵ１０の制御により比較する。その結果、作成した結線情報の個数が解析した結線情報の個数と等しい場合、ステップＳ３０８に進む。作成した結線情報の個数が解析した結線情報の個数より大きい場合、ステップＳ３０６に処理を戻す。

ステップＳ３０５で作成したすべての結線情報に対する解析が実施されると、結線情報１組みを解析した２つの結果から、それぞれステップＳ３０５で置換した抵抗の端子間電圧と、抵抗を流れる電流を組みにして取得する（ステップＳ３０８）。処理プログラム１２ａは、外部記憶装置１２に記憶した２つの解析結果を主記憶装置１１に転送し、ＣＰＵ１０の制御により、それぞれの解析結果から端子間電圧と電流の組みを取得する。取得した端子間電圧と電流を組みにして主記憶装置１１に記憶する。

そして、テブナンの定理に基づいて、等価電源の電圧源の値と内部抵抗の抵抗値とを計算する（ステップＳ３０９）。ここで、テブナンの定理とは、２つの端子間の回路を、図５（ａ）に示すような、電圧源に内部抵抗が接続した電源に置換できるという定理である。

図５（ａ）において、Ｅ８１はテブナンの定理に基づいた等価電源、Ｖ８１は等価電源Ｅ８１の電圧源、Ｒ８１は内部抵抗、Ｐ８１およびＰ８２はテブナンの定理を適用した２つの端子、を示す。この２端子はハーフショートさせる部品が接続していた端子であり、この２端子にテブナンの定理を適用することにより、２端子に接続する回路全体、すなわち、選択した部品を除く回路全体を等価電源に置換することができる。そして、この２端子にステップＳ３０５で置換した異なる抵抗値を持つ抵抗を接続すると、図５（ｂ）に示すような等価回路が作成できる。

図５（ｂ）において、Ｒ_Ｎは置換した抵抗、Ｖ_Ｎは置換した抵抗の端子間電圧、Ｉ_Ｎは置換した抵抗に流れる電流を示す。この等価回路において、ステップＳ３０８で取得した２つの端子間電圧と電流の組みを適用すると、等価電源Ｅ８１に接続する抵抗Ｒ_Ｎの抵抗値、抵抗Ｒ_Ｎの端子間電圧Ｖ_Ｎおよび電流Ｉ_Ｎが既知の値となる。そこで、２つの端子間電圧Ｖ_Ｎと電流Ｉ_Ｎの組みを既知の値、等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を未知の値として、２つの方程式を立てる。これにより、２つの未知数に対して２つの方程式が作成できるので、未知の値である等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を計算することができる。

処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１に記憶された端子間電圧と電流の組みを読み出し、ＣＰＵ１０の制御により、等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を計算する。計算した電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を、ハーフショートさせる部品の部品番号と組みにして、主記憶装置１１に記憶する。

さらに、主記憶装置１１に記憶した等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値とを用いて、等価電源Ｅ８１に抵抗が接続した回路において、抵抗に供給される電力が最大となるときの抵抗値Ｒ_ＰＭＡＸを計算する（ステップＳ３１０）。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１に記憶した、等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を読み出し、ＣＰＵ１０の制御により、供給電力が最大となるときの抵抗値を計算する。ここで、計算した抵抗値を主記憶装置１１に記憶する。さらに主記憶装置１１に記憶した抵抗値を読み出し、図５（ｂ）のＲ_Ｎ＝Ｒ_ＰＭＡＸのときの消費電力を計算する。この計算結果が最大消費電力となる。部品番号、抵抗値Ｒ_ＰＭＡＸ、最大消費電力を組みにして、主記憶装置１１に記憶する。

ステップＳ３０２で選択したすべての部品について計算が終了しているか否かを判断する（ステップＳ３１１）。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１に記憶したハーフショートさせる部品のうち、まだ処理されていない部品がある場合、ステップＳ３０５に処理を戻す。主記憶装置１１に記憶したハーフショートさせる部品のすべてが処理された場合、ステップＳ３１２に処理を進める。

ステップＳ３１０で主記憶装置１１に記憶した解析結果を出力する（ステップＳ３１２）。ここで、結果出力方法として、例えば、主記憶装置１１に記憶した、部品番号、抵抗値、最大消費電力の組みを読み出し、ＣＰＵ１０の制御により、表示装置１４に結果出力画面を表示する方法が考えられる。この場合、表示装置１４に図６のような表示画面を表示すればよい。

出力が終了すると、処理プログラム１２ａを終了する（ステップＳ３１３）。

以上が、本実施例にかかる回路シミュレーションのフローチャートの一例の詳細な説明である。

次に、回路シミュレーションプログラムの動作を図７から図１０を用いて詳細に説明する。まず、図７および図８に示す電気回路図と結線情報を示す模式図について説明する。図７は電気回路図を示す。図７において、Ｒ１１１、Ｒ１１２、Ｒ１１３、Ｒ１１４は抵抗、Ｃ１１１はコンデンサ、Ｎ１１１、Ｎ１１２、Ｎ１１３、Ｎ１１４はネットのノード番号、Ｖ１１１は電圧源を示す。ここではすべての抵抗の抵抗値を１００［Ω］、コンデンサＣ１１１の容量を１００［μＦ］、電源Ｖ１１１の電圧値は１００［Ｖ］とする。図８は図７に示した電気回路図の結線情報の一例を示す。以下、図７の電気回路図および図８の結線情報に対して、本実施例のプログラムを適用した時のプログラムの動作を詳細に説明する。

ステップＳ３００で処理プログラム１２ａを開始すると、まずステップＳ３０１で、結線情報１２ｂに記載された構成部品情報、結線情報を取得する。構成部品情報は、結線情報１２ｂに記載された部品の部品番号である。この例においては、抵抗Ｒ１１１、Ｒ１１２、Ｒ１１３、Ｒ１１４、コンデンサＣ１１１となる。次にステップＳ３０２でハーフショートさせる部品が設定される（ここでは、抵抗Ｒ１１４をハーフショートさせる部品とする）。次に、ステップＳ３０３で、抵抗Ｒ１１４を置換する、抵抗の抵抗値が設定される（ここでは、１Ωと１００ｋΩとする）。ステップＳ３０４において、解析条件が設定される（ここでは、解析時間１秒、解析ステップ幅１μ秒とする）。ステップＳ３０５では、抵抗Ｒ１１４を１Ωと１００ｋΩに置換した結線情報を作成する。この結線情報を図９に示す。

図９（ａ）は１Ωに置換した結線情報、図９（ｂ）は１００ｋΩに置換した結線情報を示す。図９（ａ）のＲ１３１および図９（ｂ）のＲ１３２は、置換した抵抗の部品番号を示す。抵抗Ｒ１３１に関する記述は、抵抗Ｒ１３１がネットＮ１１３とＮ１１４に接続し、抵抗値１Ωを持つことを示す。抵抗Ｒ１３２に関する記述は、抵抗Ｒ１３２がネットＮ１１３とＮ１１４に接続し、抵抗値１００ｋΩを持つことを示す。本実施例では２つの結線情報が作成され、これを１組みの結線情報とする。またステップＳ３０４で設定した解析条件と、ステップＳ３０５で作成した結線情報を用いて解析情報を作成する。このとき作成される解析情報の一例としては、過渡解析を実行するためのコマンドや、結線情報などがある。過渡解析を実行するためのコマンドに対するパラメータとしては、解析時間や解析ステップ幅などがあり、それぞれ解析時間１秒、解析ステップ幅１μ秒などに設定される。尚、本実施例では、結線情報を２つ作成したので、解析情報も２つ作成される。

ステップＳ３０６において、作成した解析情報を用いて、回路解析を実行する。ステップＳ３０７において、２つの結線情報の解析が終わっているか否かを判断する。１つ目の結線情報を解析した後であれば、再度ステップＳ３０６に処理を戻す。２つ目の結線情報を解析した後であれば、ステップＳ３０８に進む。ステップＳ３０８では、各結線情報の解析結果から、抵抗Ｒ１３１およびＲ１３２の端子間電圧と電流を取得する。図９（ａ）および図９（ｂ）に記載した結線情報を解析すると、抵抗Ｒ１３１および抵抗Ｒ１３２の端子間電圧および電流は、図１０に示すような結果が得られる。

図１０は解析結果を模式的に示した図である。図１０（ａ）は時間に対する電流の結果、図１０（ｂ）は時間に対する電圧の結果を模式的に示した図である。図１０（ａ）において、１５１は電流軸、１５２は時間軸、１５３は抵抗Ｒ１３１を流れる電流を示す。図１０（ｂ）において、１５４は電圧軸、１５５は時間軸、１５６は抵抗Ｒ１３１の端子間電圧を示す。尚、交流などの時間に対して電流および電圧が変化する場合は、式（１）および式（２）に示すような実効値を計算する。ここで、式（１）は電流の実効値、式（２）は電圧の実効値を計算する式であり、Ｉは電流の実効値、Ｖは電圧の実効値、Ｔは解析時間、ｉは電流、ｖは電圧を示す。

本実施例において、抵抗Ｒ１３１の端子間電圧Ｖ_１は４９８［ｍＶ］、抵抗Ｒ１３１を流れる電流Ｉ_１は４９８［ｍＡ］、抵抗Ｒ１３２の端子間電圧Ｖ_２は９９．８［Ｖ］、抵抗Ｒ１３２を流れる電流Ｉ_２は０．９９８［ｍＡ］となる。

この解析結果を用いて、ステップＳ３０９では、テブナンの定理に基づいて等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値および内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を計算する。ここで、キルヒホッフの法則を図５（ｂ）の電気回路図に適用すると、電圧源Ｖ８１の電圧値Ｖ_Ｖ８１は、

で表される。また、内部抵抗Ｒ８１の抵抗値Ｒ８１は、

で表される。

２組の端子間電圧Ｖ_Ｎおよび電流Ｉ_Ｎを式（３）および式（４）の式に代入して計算すると、電圧源Ｖ８１の電圧値Ｖ_Ｖ８１は１００Ｖ、内部抵抗Ｒ８１の抵抗値Ｒ８１は２００Ωとなる。

そしてステップＳ３１０で、ステップＳ３０２で選択した抵抗Ｒ１１４の消費電力が最大となる抵抗値を計算する。等価電源Ｅ８１の２端子Ｐ８１およびＰ８２に抵抗値Ｒｘを持つ抵抗Ｒｘを接続する。ここで、抵抗Ｒｘの値は未知である。この等価回路において、抵抗Ｒｘの消費電力Ｐ_Ｒｘが最大となる抵抗値Ｒｘを計算する。この結果が、抵抗Ｒ１１４がハーフショートしたときに最大電力を消費する抵抗値Ｒ_ＰＭＡＸとなる。そこで、まず抵抗Ｒｘに流れる電流値Ｉ_Ｒｘは、

で表される。また、抵抗Ｒｘの端子間電圧Ｖ_Ｒｘは、

で表される。抵抗Ｒｘの消費電力Ｐ_Ｒｘは、式（５）と式（６）の積であるから、

で表される。式（７）から抵抗Ｒｘの消費電力Ｐ_Ｒｘは、抵抗Ｒｘの抵抗値Ｒｘの関数であることがわかる。そこで、式（７）を抵抗Ｒｘの抵抗値Ｒｘで微分すると、

が得られる。式（８）において、電圧および抵抗の値は正であるため、Ｒ８１＞Ｒｘのとき微分係数は正、Ｒ８１＝Ｒｘのとき微分係数は０、Ｒ８１＜Ｒｘのとき微分係数は負になる。よって、抵抗Ｒｘが等価電源Ｅ８１の内部抵抗Ｒ８１の抵抗値Ｒ８１と等しいとき、消費電力Ｐ_Ｒｘが最大となることがわかる。計算の結果、抵抗Ｒ１１４がハーフショートしたときに、抵抗Ｒ１１４自身に供給される電力が最大となる抵抗値Ｒ_ＰＭＡＸは２００Ω、そのときの消費電力Ｐ_ＭＡＸは１２．５Ｗとなる。

ステップＳ３１１で、選択された部品について計算が終わっていれば、ステップＳ３１２に進む。終わっていなければステップＳ３０５に処理を戻す。本実施例では、選択された部品は抵抗Ｒ１１４だけであったので、ステップＳ３１２に進む。ステップＳ３１２で、図６に示した画面で結果を出力する。本実施例において図６の画面で出力する値は、部品欄がＲ１１４、ハーフショート抵抗欄が２００Ω、最大消費電力が１２．５Ｗとなる。ステップＳ３１２が終了すると、ステップＳ３１３に進む。ステップＳ３１３でＣＰＵ１０の制御により、処理プログラム１２ａを終了する。

以上が、本実施例における回路シミュレーションプログラムの動作である。ユーザは図６に示した画面で表示した結果をもとに、抵抗Ｒ１１４がハーフショート時の最大消費電力に耐えられる部品であるか否かを判断する。判断の結果、抵抗Ｒ１１４がハーフショートに耐えられない部品である場合は、例えば、抵抗Ｒ１１４の部品を定格電力の大きい部品に変更するなどの対策をとる。または抵抗Ｒ１１４がハーフショート時においても消費電力が大きくならないように電気回路を修正するなどの対策も考えられる。

尚、本実施例では、計算結果の出力方法として、表示装置１４を用いた画面上での表形式の表示のみを記載したが、その他の出力方法も本実施例に含まれることを記載しておく。例えば、部品番号、ハーフショート時の最大消費電力およびそのときの抵抗値をテキスト形式で記述したファイルを出力する方法がある。この場合、ステップＳ３１２において、例えば、テキスト形式で記述したファイルを外部記憶装置１２に出力することで、ユーザは処理プログラム１２ａの終了後にも計算結果を確認することができる。

また、本実施例では、式（１）から式（８）までに示した式を用いて計算を行っているが、上記以外の式を用いてもよい。

（変形例）
また、本実施例では、図８に示すような正常な結線情報から、ハーフショートしたときの最大消費電力とそのときの抵抗値を計算する例について説明した。一方で、他部品を故障させた結線情報からハーフショート時の最大消費電力とそのときの抵抗値を計算することも本実施例に含まれる。

例えば、図１１および図１２に示すように、抵抗Ｒ１１２が短絡故障した状態から、抵抗Ｒ１１４がハーフショートした場合の抵抗Ｒ１１４の最大消費電力とそのときの抵抗値を計算する方法を示す。ここで、図１１は図７において抵抗Ｒ１１２が短絡したときの電気回路図、図１２は図８において抵抗Ｒ１１２が短絡したときの結線情報を示す。抵抗Ｒ１１２が短絡し、抵抗Ｒ１１４がハーフショートした状態において、抵抗Ｒ１１４の消費電力が最大となるときの抵抗値、およびそのときの消費電力を計算する。この場合、ステップＳ３０１で図１２に示す結線情報を読み込み、ステップＳ３０２においてハーフショートさせる部品を選択する（ここでは、抵抗Ｒ１１４を選択する）。またステップＳ３０３において異なる抵抗値を設定する（ここでは、１Ωと１００ｋΩとする）。ステップＳ３０４において解析条件を設定する（ここでは、解析時間１秒、解析ステップ幅１μ秒とする）。ステップＳ３０５において、抵抗Ｒ１１４を異なる抵抗値に置換した２つの結線情報を作成する。

作成した結線情報を図１３に示す。ここでＲ１９１およびＲ１９２は抵抗Ｒ１１４と置換した抵抗の部品番号を表す。図１３（ａ）は抵抗Ｒ１１４を１Ωの抵抗Ｒ１９１に置換した結線情報、図１３（ｂ）は抵抗Ｒ１１４を１００ｋΩの抵抗Ｒ１９２に置換した結線情報を示す。

ステップＳ３０６およびステップＳ３０７の処理は本実施例で示したものと同様であるため説明を省略する。ステップＳ３０８において、置換した抵抗の端子間電圧と抵抗を流れる電流を取得する。抵抗Ｒ１９１の端子間電圧Ｖ_１は０．９９０［Ｖ］、流れる電流Ｉ_１は０．９９０［Ａ］、抵抗Ｒ１９２の端子間電圧Ｖ_２は９９．９［Ｖ］、流れる電流Ｉ_２は０．９９９［ｍＡ］となる。この解析結果を用いて、ステップＳ３０９では、テブナンの定理に基づいて等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値および内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を計算する。式（３）および式（４）を使用して計算すると、電圧源Ｖ８１の電圧値は１００［Ｖ］、内部抵抗Ｒ８１の抵抗値は１００［Ω］となる。ステップＳ３１０において、消費電力が最大となるときの抵抗値、およびそのときの消費電力を計算する。その結果、抵抗Ｒ１１４がハーフショートしたときに、抵抗Ｒ１１４自身の消費電力が最大となる抵抗値は１００［Ω］、そのときの消費電力は２５［Ｗ］となる。

以上が、本実施例において部品が短絡した状態の結線情報を用いた例である。これと同様に部品が開放した状態の結線情報を用いても解析することができる。また上記の例では単一部品が短絡した状態の結線情報を用いたが、複数部品が短絡または開放した状態の結線情報を用いても、同様の解析が可能である。

また、本実施例では、ハーフショートさせる部品を、異なる２つの抵抗で置換した結線情報を作成して解析を行った例を示したが、部品を短絡および開放させた結線情報を作成して解析することも本実施例に含まれる。例えば、図３に示したステップＳ３０３を省略、ステップＳ３０５を部品を短絡および開放させた１組の結線情報を作成するステップに、ステップＳ３０８を１組の解析結果から開放端電圧と短絡電流を取得するステップに、変更することにより可能となる。

実施例１では、テブナンの定理に基づいた等価電源を作成することにより、部品がハーフショートしたときの最大消費電力とそのときの抵抗値を計算する場合の好適な一例について説明した。これにより、部品がハーフショートしたときに消費し得る最大電力を、ユーザに明示することが可能となった。一方で、等価電源を作成する方法は、テブナンの定理だけとは限らない。ノートンの定理でも等価電源の作成は可能である。そこで本実施例では、ノートンの定理に基づいて等価電源を作成し、これにより部品がハーフショートしたときの最大消費電力とそのときの抵抗値を計算する回路シミュレーションに関する好適な一例を説明する。

以下、本実施例にかかる回路シミュレーションプログラムの動作を、図１４（ａ）および図１４（ｂ）の図を用いて詳細に説明する。実施例１で説明した図３と同一の処理を行うものは、説明を省略する。実施例１の処理と異なる処理、すわなち、ここではステップＳ３０９、Ｓ３１０に対応する、本実施例の処理について詳細に説明する。

ステップＳ３０９に対応するステップでは、ステップＳ３０８で取得した端子間電圧と流れる電流を用いて、ノートンの定理に基づいて、等価電源の電流源の値と内部抵抗の抵抗値とを計算する。ここで、ノートンの定理とは、２つの端子間の回路を、図１４（ａ）に示すような、電流源に内部抵抗が並列に接続した電源に置換できるという定理である。

図１４（ａ）において、Ｅ２２１はノートンの定理に基づいた等価電源、Ｉ２２１は等価電源Ｅ２２１の電流源、Ｒ２２１は内部抵抗、Ｐ２２１およびＰ２２２はノートンの定理を適用した２つの端子、を示す。この２端子はハーフショートさせる部品が接続していた端子であり、この２端子にノートンの定理を適用することにより、２端子に接続する回路全体、すなわち、選択した部品を除く回路全体を等価電源に置換することができる。そして、この２端子にステップＳ３０５で置換した異なる抵抗値を接続すると、図１４（ｂ）のような等価回路が作成できる。

図１４（ｂ）において、Ｒ_Ｎは置換した抵抗、Ｖ_Ｎは置換した抵抗の端子間電圧、Ｉ_Ｎは置換した抵抗に流れる電流を示す。この等価回路において、ステップＳ３０８で取得した２つの端子間電圧と電流の組みを適用すると、等価電源Ｅ２２１に接続する抵抗Ｒ_Ｎの抵抗値、抵抗Ｒ_Ｎの端子間電圧Ｖ_Ｎおよび電流Ｉ_Ｎが既知の値となる。そこで、２つの端子間電圧Ｖ_Ｎと電流Ｉ_Ｎの組みを既知の値、等価電源Ｅ２２１の電流源Ｉ２２１の電流値と内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値を未知の値として２つの方程式を立てる。これにより、２つの未知数に対して２つの方程式が作成できるので、未知の値である等価電源Ｅ２２１の電流源Ｉ２２１の電流値と内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値を計算することができる。

処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１に記憶された端子間電圧と電流の値を読み出し、ＣＰＵ１０の制御により、等価電源Ｅ２２１の電流源Ｉ２２１の電流値と内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値を計算する。計算した電流源Ｉ２２１の電流値と内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値を組みにして主記憶装置１１に記憶する。

Ｓ３１０に対応するステップでは、上記で計算して求めた等価電源Ｅ２２１の電流源Ｉ２２１の電流値と内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値とを用いて、ステップＳ３０２で選択した部品に供給される電力が最大となる抵抗値Ｒ_ＰＭＡＸを計算する。ここで、等価電源Ｅ２２１の電流源Ｉ２２１の電流値と内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値が既知であるため、等価電源Ｅ２２１に抵抗が接続した回路において、抵抗に供給される電力が最大となるときの抵抗値を計算することができる。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１に記憶された電流源Ｉ２２１の電流値と内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値を読み出し、ＣＰＵ１０の制御により、抵抗の消費電力が最大となる抵抗値を計算する。計算した抵抗値を主記憶装置１１に記憶する。主記憶装置１１に記憶した抵抗値を読み出し、ＣＰＵ１０の制御により、そのときの消費電力を計算する。部品番号、抵抗値Ｒ_ＰＭＡＸ、最大消費電力Ｐ_ＭＡＸを組みにして、主記憶装置１１に記憶する。

以上が、本実施例にかかる回路シミュレーションプログラムのフローチャートの一例の詳細な説明である。

次に、図７の電気回路図および図８の結線情報に対して、本実施例のプログラムを適用した時のプログラムの動作を詳細に説明する。尚、説明に仕様する電気回路図および結線情報、ハーフショートさせる部品、置換する抵抗の抵抗値、解析条件に設定する値は、すべて実施例１と同様とする。ステップＳ３０８で取得した値はそれぞれ、抵抗Ｒ１３１の端子間電圧Ｖ_１が４９８［ｍＶ］、抵抗Ｒ１３１を流れる電流Ｉ_１が４９８［ｍＡ］、抵抗Ｒ１３２の端子間電圧Ｖ_２が９９．８［Ｖ］、抵抗Ｒ１３２を流れる電流Ｉ_２が０．９９８［ｍＡ］である。ステップＳ３０９に対応するステップでは、ノートンの定理に基づいた、等価電源Ｅ２２１の電流源Ｉ２２１の電流値と内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値を計算する。ここで、抵抗Ｒ２２１の抵抗値Ｒ２２１は、キルヒホッフの法則を図１４（ｂ）の電気回路図に適用すると、

で表される。また、電流源Ｉ２２１の電流値Ｉ_Ｉ２２１は、

で表される。

計算の結果、電流源Ｉ２２１の電流値Ｉ_Ｉ２２１は０．５００［Ａ］、内部抵抗Ｒ２２１の抵抗値Ｒ２２１は２００［Ω］となる。

さらにステップＳ３１０に対応するステップにおいて、等価電源Ｅ２２１のパラメータから、ステップＳ３０２で選択した部品の消費電力が最大となるときの抵抗値を計算する。そこで、実施例１と同様に、等価電源Ｅ２２１に抵抗値が未知の抵抗Ｒｘを接続し、その抵抗Ｒｘの消費電力が最大となる抵抗値Ｒｘを計算する。まず抵抗Ｒｘに流れる電流値Ｉ_Ｒｘは、

で表される。また、抵抗Ｒｘの端子間電圧Ｖ_Ｒｘは、

で表される。抵抗Ｒｘの消費電力Ｐ_Ｒｘは、式（１１）と式（１２）の積であるから、

で表される。抵抗Ｒｘの消費電力Ｐ_Ｒｘを、抵抗Ｒｘの抵抗値Ｒｘで微分すると、

で表される。式（１１）から式（１４）の詳細については実施例１に記載した式（５）から式（８）の説明と同様であるため、省略する。式（１４）から抵抗Ｒｘの抵抗値がＲｘ＝Ｒ２２１のとき、抵抗Ｒｘの消費電力が最大となる。計算の結果、抵抗Ｒ１１４がハーフショートしたときに、抵抗Ｒ１１４自身に供給される電力が最大となる抵抗値は２００Ω、そのときの供給電力は１２．５Ｗとなる。ステップＳ３１１で、選択された部品について計算が終わっていれば、ステップＳ３１２に進む。終わっていなければステップＳ３０５に処理を戻す。本実施例では、選択された部品は抵抗Ｒ１１４だけであったので、ステップＳ３１２に進む。ステップＳ３１２で、図６に示した画面で結果を出力する。ステップＳ３１２が終了すると、ステップＳ３１３に進む。ステップＳ３１３でＣＰＵ１０の制御により、処理プログラム１２ａを終了する。
以上が、本実施例における回路シミュレーションプログラムの動作である。ユーザは図６に示した画面で表示した結果をもとに、抵抗Ｒ１１４がハーフショート時の最大消費電力に耐えられる部品であるか否かを判断する。判断の結果、抵抗Ｒ１１４がハーフショートに耐えられない部品である場合は、例えば、抵抗Ｒ１１４の部品を定格電力の大きい部品に変更するなどの対策をとる。または抵抗Ｒ１１４がハーフショート時においても消費電力が大きくならないように電気回路を修正するなどの対策も考えられる。

本実施例においても、実施例１と同様に、表示装置１４を用いた画面上での表示以外の出力方法も含まれる。また、本実施例で用いた式（９）から式（１４）までの式以外の式を用いてもよい。また、実施例１と同様に、本実施例においても単一部品または複数部品が短絡または開放した状態の結線情報を用いても、同様の解析が可能である。さらに、部品を短絡および開放させた結線情報を作成して解析できることも本実施例に含まれる。例えば、図３に示したステップＳ３０３を省略、ステップＳ３０５を部品を短絡および開放させた１組の結線情報を作成するステップ、に変更することにより可能となる。

また、実施例１、２ともに異なる２つの抵抗に置換した２つの結線情報を作成した。一方で、プログラム実行前に外部記憶装置１２に記憶されていた結線情報１２ｂを１つの結線情報とし、ステップＳ３０５で新たに１つの結線情報を作成することにより計算することも可能である。この場合、結線情報１２ｂを読み出し、ハーフショートさせる部品の抵抗値を取得する。さらにこの抵抗値を変更した結線情報を１つ作成し、主記憶装置１１に記憶すればよい。

実施例１および実施例２では、２端子の部品をハーフショートさせる部品に選択した場合の好適な一例について説明したが、３端子以上の端子を持つ部品についても、同様の計算をすることができる。そこで本実施例では、３端子以上の端子を持つ部品がハーフショートしたときの最大消費電力とそのときの抵抗値を計算する回路シミュレーションに関する好適な一例を説明する。

図１５および図１６は、本実施例にかかる回路シミュレーションにおける処理手順の好適な一例を説明するためのフローチャートである。以下、本実施例にかかる回路シミュレーションプログラムの動作を、図１５および図１６のフローチャートと、図１７から図１９までの図を用いて詳細に説明する。尚、本実施例の説明では、図を見易くするために異なる図で同じものに対しては、同じ符号を用いている。

まず、図１５および図１６のフローチャートについて説明する。図１５および図１６の処理において、図３と同じ符号のステップはすべて実施例１で説明した同じ符号の処理と同一の処理を行うものであり、説明を省略する。すなわち、ここではステップＳ２４００、Ｓ２４０１、Ｓ２４０２、Ｓ２４０３、Ｓ２４０４、Ｓ２４０５、Ｓ２４０６における処理について詳細に説明する。

ステップＳ３０２で選択した、３端子以上の端子を持つ部品に対して、その部品のハーフショート時の最大消費電力とそのときの抵抗値を計算する場合、部品が持つすべての端子から２端子を選ぶ組み合わせを作成する（ステップＳ２４００）。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１に記憶された結線情報とハーフショートさせる部品の部品番号１つを読み出し、主記憶装置１１から端子情報を取得する。さらに取得した端子情報から、２端子を選ぶ組み合わせを作成し、主記憶装置１１に記憶する。端子情報とは、例えば、図８の結線情報において、Ｒ１１４の部品は２つの端子を持ち、それぞれの端子がＮ１１３、Ｎ１１４のネットに接続することを示す情報である。

ここで、部品の最大消費電力Ｐ_ＭＡＸと抵抗値Ｒ_ＰＭＡＸを記憶する領域を主記憶装置１１に用意する（ステップＳ２４０１）。それぞれの領域に初期値として０を記憶する。

次に、組み合わせの中の１組みから、２つの端子を取得し、２端子間を異なる２つの抵抗に置換した結線情報を作成する（ステップＳ２４０２）。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１から２端子の組み合わせのうち１つを読み出し、２端子間を異なる２つの抵抗に置換した結線情報を作成する。作成した２つの結線情報を主記憶装置１１に記憶する。さらに、作成した結線情報とステップＳ３０４で設定した解析条件から解析情報を作成し、外部記憶装置に記憶する。ステップＳ２４０６から処理が戻ってきた場合も同様の処理を行う。

そして、２端子間に対してテブナンの定理を適用し、等価電源の電圧源の電圧値と内部抵抗の抵抗値を計算する（ステップＳ２４０３）。処理プログラム１２ａは、ステップＳ３０８で主記憶装置１１に記憶した端子間電圧と電流の値を読み出し、電圧源の電圧値と内部抵抗の抵抗値を計算する。この電圧源の電圧値と内部抵抗の抵抗値を、主記憶装置１１に記憶する。次に、部品の消費電力が最大となるときの抵抗値とそのときの消費電力を計算する（ステップＳ２４０４）。処理プログラム１２ａは、ステップＳ２４０３で主記憶装置１１に記憶した等価電源の電圧源の電圧値と内部抵抗の抵抗値を読み出し、２端子間の最大消費電力Ｐ_ＴＥＭＰと抵抗値Ｒ_ＴＥＭＰを計算する。

ここで、２端子間の最大消費電力Ｐ_ＴＥＭＰと部品の最大消費電力Ｐ_ＭＡＸを比較する（ステップＳ２４０５）。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１から２端子間の最大消費電力Ｐ_ＴＥＭＰと部品の最大消費電力Ｐ_ＭＡＸを読み出し、ＣＰＵ１０の制御により比較する。Ｐ_ＴＥＭＰ ＞ Ｐ_ＭＡＸの場合、主記憶装置１１に記憶されたＰ_ＭＡＸとＲ_ＰＭＡＸの値をＰ_ＴＥＭＰとＲ_ＴＥＭＰで書き換える。

ここで、ステップＳ２４０２からステップＳ２４０５までのステップを、ステップＳ２４００で作成したすべての組み合わせについて実行する（ステップＳ２４０６）。処理プログラム１２ａは、主記憶装置１１にまだ処理していない２端子の組み合わせが存在すれば、処理をステップＳ２４０２に戻す。すべての組み合わせについて処理が終了したら、処理をステップＳ３１１に進める。

以上が、本実施例にかかる回路シミュレーションプログラムのフローチャートの一例の詳細な説明である。次に、回路シミュレーションプログラムの動作を詳細に説明する。以下、本実施例にかかる回路シミュレーションプログラムの動作を図１７から図１９までを用いて詳細に説明する。まず、図１７および図１８に示す電気回路図とその結線情報を示す模式図について説明する。

図１７は電気回路図を示す。図１７において、Ｒ２６１、Ｒ２６２、Ｒ２６３、Ｒ２６４は抵抗、ＴＲ２６１はトランジスタ、Ｖ２６１は電圧源、Ｎ２６１、Ｎ２６２、Ｎ２６３、Ｎ２６４、Ｎ２６５はネットのノード番号を示す。ここでは、すべての抵抗を１００［Ω］、電圧源の電圧値を１００［Ｖ］とする。図１８は図１７に示した電気回路図の結線情報の一例を示す。結線情報には、電気回路の構成部品とそのパラメータ情報、部品間の結線情報が記述される。

以下、本実施例にかかる回路シミュレーションプログラムの動作を詳細に説明する。ここで、ステップＳ３０２において選択する部品をトランジスタＴＲ２６１とする。また、ステップＳ３０３で設定する抵抗値は実施例１と同様とする。また、本実施例では、図５（ａ）に示す等価回路を作成し、式（３）から式（８）までを使用して計算する。

ステップＳ２４００で、部品が持つ端子から２端子を選択する組み合わせを作成する。トランジスタＴＲ２６１が持つ端子は３端子であり、それぞれＮ２６２、Ｎ２６３、Ｎ２６４に接続する端子である。説明の便宜上、各端子をＢ、Ｃ、Ｅとして説明する。ステップＳ２４００では、ＢとＣの組み、ＢとＥの組み、ＣとＥの組み、の３組みの組み合わせが作成される。

ステップＳ２４０１で、端子の組み合わせごとに計算した最大消費電力の値と抵抗値の値を一時的に保存する領域を主記憶装置１１に用意する。

ステップＳ２４０２で、２端子間を異なる２つの抵抗値に置換した結線情報を作成する。作成した結線情報の一例を図１９に示す。図１９（ａ）はトランジスタＴＲ２６１のＢとＣの間を、抵抗値１Ωの抵抗Ｒ２８１に置換した例である。図１９（ｂ）はトランジスタＴＲ２６１のＢとＣの間を、抵抗値１００ｋΩの抵抗Ｒ２８２に置換した例である。このときＥに接続していたノードＮ２６４は一方の端点が未接続のノードとなる。本ステップにおいて、ステップＳ２４０６から処理が戻ってきたときに、ＢとＥの組み、ＣとＥの組みについても同様に結線情報を作成する。これにより６つの結線情報が作成される。

ステップＳ２４０３で、図５（ａ）に示した等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を計算する。ＢとＣの間を異なる抵抗に置換して解析した結果、電圧源Ｖ８１の電圧値は５０．０［Ｖ］、内部抵抗Ｒ８１の抵抗値は１５０［Ω］となる。

ステップＳ２４０４で、等価電源Ｅ８１に接続する抵抗Ｒ_Ｘの最大消費電力とそのときの抵抗値を計算すると、最大消費電力は４．１６［Ｗ］、抵抗値は１５０［Ω］となる。

ステップＳ２４０５で、ＢとＣの間を異なる抵抗値に置換して計算した値Ｐ_ＴＥＭＰとＰ_ＭＡＸの値とを比較する。今Ｐ_ＭＡＸ＝０であるから、Ｐ_ＴＥＭＰ＞Ｐ_ＭＡＸが成立する。よって、Ｐ_ＭＡＸとＲ_ＰＭＡＸの値をＰ_ＴＥＭＰとＲ_ＴＥＭＰの値に置き換えて保存する。ステップＳ２４０６において、ＢとＥの組み、ＣとＥの組みの計算がまだ終わっていないので、処理をステップＳ２４０２に戻す。ステップＳ２４０２において、次の端子の組み（ＢとＥの組みとする）に対して結線情報を作成する。ステップＳ３０６においてステップＳ２４０２で作成した結線情報について解析を行う。ステップＳ２４０３で、等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を計算すると、電圧源Ｖ８１の電圧値は５０．０［Ｖ］、内部抵抗Ｒ８１の抵抗値は１５０［Ω］となる。ステップＳ２４０４で、等価電源Ｅ８１に接続する抵抗Ｒ_Ｘの最大消費電力とそのときの抵抗値を計算すると、最大消費電力は４．１６［Ｗ］、抵抗値は１５０［Ω］となる。ステップＳ２４０５で、Ｐ_ＭＡＸの値と計算した値Ｐ_ＴＥＭＰとを比較する。今、Ｐ_ＭＡＸ＝４．１６であるから、Ｐ_ＴＥＭＰ＝Ｐ_ＭＡＸが成立するため、Ｐ_ＭＡＸとＲ_ＰＭＡＸの値はそのままにする。

ステップＳ２４０６において、ＣとＥの組みの計算がまだ終わっていないので、処理をステップＳ２４０２に戻す。ステップＳ２４０２において、次の端子の組み（ＣとＥの組み）に対して結線情報を作成する。ステップＳ３０６においてステップＳ２４０２で作成した結線情報について解析を行う。ステップＳ２４０３で、等価電源Ｅ８１の電圧源Ｖ８１の電圧値と内部抵抗Ｒ８１の抵抗値を計算すると、電圧源Ｖ８１の電圧値は１００［Ｖ］、内部抵抗Ｒ８１の抵抗値は２００［Ω］となる。ステップＳ２４０４で、等価電源Ｅ８１に接続する抵抗Ｒ_Ｘの最大消費電力とそのときの抵抗値を計算すると、最大消費電力は１２．５［Ｗ］、抵抗値は２００［Ω］となる。ステップＳ２４０５で、Ｐ_ＭＡＸの値と計算した値Ｐ_ＴＥＭＰとを比較する。今Ｐ_ＭＡＸ＝４．１６、Ｐ_ＴＥＭＰ＝１２．５であるから、Ｐ_ＴＥＭＰ＞Ｐ_ＭＡＸが成立するため、Ｐ_ＭＡＸの値を書き換える。よって、Ｐ_ＭＡＸ＝１２．５、Ｒ_ＴＥＭＰ＝２００となる。ステップＳ２４０６において、残っている端子の組み合わせが無いので、ステップＳ３１１に処理を進める。本実施例ではハーフショートさせる部品はＴＲ２６１だけであるから、ステップＳ３１２に処理を進める。ステップＳ３１２で出力する結果は、トランジスタＴＲ２６１における２端子間の最大消費電力が１２．５［Ｗ］、そのときの抵抗値が２００［Ω］となる。

結果出力が終わるとステップＳ３１３により、プログラムが終了する。

以上が、本実施例における回路シミュレーションプログラムの動作である。ユーザは図６に示した画面で表示した結果をもとに、トランジスタＴＲ２６１がハーフショート時の最大消費電力に耐えられる部品であるか否かを判断する。判断の結果、ＴＲ２６１がハーフショートに耐えられない部品である場合は、例えば、トランジスタＴＲ２６１の部品を定格電力の大きい部品に変更するなどの対策をとる。またはトランジスタＴＲ２６１がハーフショート時においても消費電力が大きくならないように電気回路を修正するなどの対策も考えられる。

本実施例においても、実施例１と同様に、表示装置１４を用いた画面上での表示以外の出力方法も含まれる。また、本実施例で用いた式以外の式を用いてもよい。また、本実施例においても、単一部品または複数部品が短絡または開放した状態の結線情報を用いても、同様の解析が可能である。

また、部品を短絡および開放させた結線情報を作成して解析できることも本実施例に含まれる。例えば、図１５に示したステップＳ３０３を省略、ステップＳ２４０２を、選択した２端子を短絡および開放させた１組の結線情報を作成するステップに変更することにより可能となる。

また、本実施例においても、ノートンの定理を適用して計算することができる。例えば、図１５および図１６に示したフローチャートを以下のように変更する。ステップＳ２４０３を、ノートンの定理に基づいて、等価電源の電流源の電流値と内部抵抗の抵抗値を計算するステップに、ステップＳ２４０４を、等価電源の電流源の電流値と内部抵抗の抵抗値を用いて、選択した部品の消費電力が最大となる抵抗値Ｒ_ＴＥＭＰと最大消費電力Ｐ_ＴＥＭＰを計算するステップに、置換する。これによりノートンの定理を適用した計算が可能となる。

以上より、上記実施形態により、部品がハーフショートしたときに、該部品の消費電力が最大となるときの抵抗と、そのときの消費電力を明示することができる。また、短絡状態および開放状態に置換した結線情報を作成して、ハーフショートしたときの最大消費電力を計算することができる。また、短絡状態または開放状態の結線情報に基づいて計算する。これにより、連鎖的に部品が故障したときにも、ハーフショートした部品の最大消費電力を計算することができる。これにより、部品が連鎖的に故障したときにも、ハーフショートした部品の消費電力が最大となるときの抵抗と、そのときの消費電力を明示することができる。

Claims (9)

1. 電気回路の結線を表す結線情報を取得する取得手段と、
   前記結線情報に基づき前記回路を構成する部品を選択する部品選択手段と、
   前記部品を抵抗値の異なる抵抗に置換する設定を行う設定手段と、
   前記取得された結線情報と前記設定された抵抗値とを用いて結線情報を作成する結線情報作成手段と、
   前記取得された結線情報と前記作成された結線情報とを用いて、前記回路である交流回路の一部に対する直流等価電源の値と内部抵抗の値とを計算する計算手段と、
   前記直流等価電源の値と内部抵抗の値とを用いて、前記選択した部品の抵抗の値と、該抵抗の値に対する消費電力を算出する算出手段と
   を有することを特徴とする交流回路シミュレーション装置。
2. 回路シミュレーションの解析条件を設定する解析条件設定ステップと、
   前記作成された結線情報と前記解析条件とを用いて前記回路の解析を行う解析手段とをさらに有し、
   前記計算手段は、前記解析手段による解析結果から得られる、前記異なる抵抗値に置換された端子間の電位差と前記抵抗を流れる電流との組を用いて、前記直流等価電源の値と内部抵抗の値とを計算することを特徴とする請求項１に記載の交流回路シミュレーション装置。
3. 前記直流等価電源の値は、テブナンの定理に基づいた電圧源の値であり、
   前記計算手段は、前記作成された複数の結線情報における直流等価電源の電圧源の値と内部抵抗の値とを計算することを特徴とする請求項１又は２に記載の交流回路シミュレーション装置。
4. 前記直流等価電源の値は、ノートンの定理に基づいた電流源の値であり、
   前記計算手段は、前記作成された複数の結線情報における直流等価電源の値と内部抵抗の値とを計算することを特徴とする請求項１又は２に記載の交流回路シミュレーション装置。
5. 前記算出手段は、前記選択した部品の消費電力が最大となる抵抗の値と該抵抗の値に対する最大の消費電力とを算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の交流回路シミュレーション装置。
6. 前記異なる抵抗は、前記部品の開放状態における前記回路の内部抵抗および前記部品の短絡状態における前記回路の内部抵抗とを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の交流回路シミュレーション装置。
7. 前記作成された結線情報は、前記部品以外の部品について、単一または複数の部品を開放状態または短絡状態にした結線情報を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の交流回路シミュレーション装置。
8. 電気回路の結線を表す結線情報を取得する取得工程と、
   前記結線情報に基づき前記回路を構成する部品を選択する部品選択工程と、
   前記部品を抵抗値の異なる抵抗に置換する設定を行う設定工程と、
   前記取得された結線情報と前記設定された抵抗値とを用いて結線情報を作成する結線情報作成工程と、
   前記取得された結線情報と前記作成された結線情報とを用いて、前記回路である交流回路の一部に対する直流等価電源の値と内部抵抗の値とを計算する計算工程と、
   前記直流等価電源の値と内部抵抗の値とを用いて、前記選択した部品の抵抗の値と、該抵抗の値に対する消費電力を算出する算出工程と
   を有することを特徴とする交流回路シミュレーション方法。
9. コンピュータを、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の交流回路シミュレーション装置の各手段として機能させること特徴とするコンピュータ読取り可能なプログラム。