JP5597363B2 - Life prediction apparatus, power supply apparatus and life prediction method - Google Patents
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Description
この発明は、コンデンサの寿命を予測する寿命予測装置に関する。 The present invention relates to a life prediction apparatus for predicting the life of a capacitor.
電源装置に用いられる平滑コンデンサなどのコンデンサは、寿命を迎えると、静電容量が低下し、本来の役割を果たさなくなる。
このため、コンデンサの静電容量を測定し、コンデンサの寿命を判定する技術がある。
また、従来のコンデンサは、寿命末期が近づくと、徐々に静電容量が低下していく。このため、コンデンサの静電容量を測定することにより、コンデンサが寿命を迎えたか否かだけでなく、あとどれくらい使用すると寿命に達するかを予測することができた。
When a capacitor such as a smoothing capacitor used in a power supply device reaches the end of its life, the capacitance decreases and does not play its original role.
For this reason, there is a technique for measuring the capacitance of a capacitor and determining the lifetime of the capacitor.
Further, the capacitance of the conventional capacitor gradually decreases as the end of life approaches. Therefore, by measuring the capacitance of the capacitor, it was possible to predict not only whether the capacitor had reached the end of its life, but also how long it would be used to reach the end of its life.
近年、コンデンサの性能が向上し、寿命寸前まで、静電容量があまり変化しないコンデンサが出現してきた。これにより、コンデンサの静電容量を測定する従来の方式では、早い段階でコンデンサの寿命を正確に予測することが困難になった。
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたものであり、比較的早い段階でコンデンサの寿命を正確に予測することを目的とする。
In recent years, the performance of capacitors has been improved, and capacitors whose capacitance does not change much have appeared until the end of their lifetime. This makes it difficult to accurately predict the life of the capacitor at an early stage in the conventional method of measuring the capacitance of the capacitor.
The present invention has been made, for example, in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to accurately predict the life of a capacitor at a relatively early stage.
この発明にかかる寿命予測装置は、測定装置と、寿命算出装置とを有し、
上記測定装置は、コンデンサの交流インピーダンス及び等価直列抵抗の少なくともいずれかを測定し、
上記寿命算出装置は、上記測定装置が測定した交流インピーダンス及び等価直列抵抗の少なくともいずれかに基づいて、上記コンデンサの寿命を算出することを特徴とする。
The life prediction apparatus according to the present invention has a measurement device and a life calculation device,
The measuring device measures at least one of the AC impedance and equivalent series resistance of the capacitor,
The lifetime calculation apparatus calculates the lifetime of the capacitor based on at least one of an AC impedance and an equivalent series resistance measured by the measurement apparatus.
この発明にかかる寿命予測装置によれば、コンデンサの等価直列抵抗に基づいて、コンデンサの寿命を算出するので、比較的早い段階で、コンデンサの寿命を正確に予測することができる。 According to the lifetime predicting apparatus according to the present invention, the lifetime of the capacitor is calculated based on the equivalent series resistance of the capacitor. Therefore, the lifetime of the capacitor can be accurately predicted at a relatively early stage.
実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図６を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
図１は、この実施の形態における電源装置８００の全体構成の一例を示す回路構成図である。
電源装置８００は、例えば直流安定化電源であり、直流電圧ＶＯを生成する。電源装置８００は、電源回路８１０、平滑コンデンサＣ１１、寿命予測装置１００を有する。
電源回路８１０は、例えば商用電源などの交流電源やその他の電源（図示せず）から電力を入力し、入力した電力を変換して、直流電圧ＶＯを生成する。
平滑コンデンサＣ１１は、電源回路８１０の出力（電源本線）に並列に電気接続され、電源回路８１０が生成した直流電圧ＶＯのリプルを除去する。なお、電源装置８００は、平滑コンデンサＣ１１を複数有する構成であってもよい。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an example of the overall configuration of a
Smoothing capacitor C11 is electrically connected in parallel to the output of the power supply circuit 810 (the mains), to remove the ripple of the DC voltage V O of
寿命予測装置１００は、平滑コンデンサＣ１１の寿命を予測する。平滑コンデンサＣ１１は、電圧を印加した状態での時間経過に伴い、静電容量が減少し、損失角が増大し、漏れ電流が増大する。平滑コンデンサＣ１１の寿命とは、例えば静電容量・損失角・漏れ電流のいずれかが規定の値を超えた場合をいう。
平滑コンデンサＣ１１は、電源装置８００のなかで最も寿命が短い部品であると考えられるから、平滑コンデンサＣ１１の寿命は、すなわち、電源装置８００の寿命とみなすことができる。また、平滑コンデンサＣ１１がもうすぐ寿命となることをあらかじめ予測できれば、平滑コンデンサＣ１１が寿命を迎える前に、あらかじめ新しい電源装置を準備し、計画的に電源装置の交換を実施することができる。
The
Since the smoothing capacitor C11 is considered to be the component having the shortest life in the
寿命予測装置１００は、マイコン２００、スイッチング回路ＳＷ２１、サーミスタＴ３１、２つの基準抵抗Ｒ２２，Ｒ３２を有する。
図示していないが、マイコン２００は、記憶装置、処理装置（以下「ＣＰＵ」と呼ぶ。）、アナログデジタル変換装置（以下「ＡＤＣ」と呼ぶ。）、デジタルアナログ変換装置（以下「ＤＡＣ」と呼ぶ。）などのハードウェア資源を有する。
記憶装置には、揮発性記憶装置（以下「ＲＡＭ」と呼ぶ。）と不揮発性記憶装置（以下「ＲＯＭ」と呼ぶ。）とがある。ＲＯＭは、ＣＰＵが実行するプログラムや、あらかじめ定められたデータなどを、あらかじめ記憶している。ＲＡＭは、ＣＰＵが処理するデータを一時的に記憶する。
ＣＰＵは、ＲＯＭが記憶したプログラムを実行することにより、以下に説明する機能ブロックを実現する。
ＡＤＣは、アナログ入力端子の電圧を測定し、ＣＰＵが処理できるデジタルデータに変換する。
ＤＡＣは、ＣＰＵからの指令に基づいて、デジタルデータが表わす電圧を生成し、アナログ出力端子から出力する。
The
Although not shown, the
Storage devices include volatile storage devices (hereinafter referred to as “RAM”) and nonvolatile storage devices (hereinafter referred to as “ROM”). The ROM stores in advance programs executed by the CPU, predetermined data, and the like. The RAM temporarily stores data processed by the CPU.
The CPU implements the functional blocks described below by executing a program stored in the ROM.
The ADC measures the voltage at the analog input terminal and converts it into digital data that can be processed by the CPU.
The DAC generates a voltage represented by the digital data based on a command from the CPU, and outputs the voltage from the analog output terminal.
マイコン２００は、以上のようなハードウェア資源を用いて、測定制御部２２１、電圧生成部２２２、電圧測定部２２３、抵抗算出部２２４、温度測定部２３１、寿命表記憶部２４１、寿命算出部２４２などの機能ブロックを実現する。なお、これらの機能ブロックは、必ずしもマイコン２００を用いて実現される必要はなく、アナログ回路、デジタル回路、集積回路など他の構成によって実現されてもよい。
The
スイッチング回路ＳＷ２１は、共通端子と２つの切替端子とを有する。スイッチング回路ＳＷ２１は、マイコン２００からの制御信号に基づいて、共通端子といずれか一方の切替端子との間を導通させる。スイッチング回路ＳＷ２１は、例えばリレーのような機械的接点により実現してもよいし、ＭＯＳＦＥＴのような半導体スイッチにより実現してもよい。共通端子は、平滑コンデンサＣ１１の陽極端子に電気接続している。一方の切替端子は、電源回路８１０の陽極側出力に電気接続している。もう一方の切替端子は、基準抵抗Ｒ２２の一端およびマイコン２００のアナログ入力端子（以下「第一入力端子」と呼ぶ。）に電気接続している。
基準抵抗Ｒ２２の他端は、マイコン２００のアナログ出力端子に電気接続している。
The switching circuit SW21 has a common terminal and two switching terminals. The switching circuit SW21 conducts between the common terminal and one of the switching terminals based on the control signal from the
The other end of the reference resistor R22 is electrically connected to the analog output terminal of the
サーミスタＴ３１は、温度によって抵抗値が変化する２端子素子である。サーミスタＴ３１は、平滑コンデンサＣ１１の近傍に配置され、平滑コンデンサＣ１１の周辺の温度によって抵抗値が変化する。サーミスタＴ３１の一端は、電源回路８１０の陰極側出力に電気接続している。サーミスタＴ３１の他端は、基準抵抗Ｒ３２の一端およびマイコン２００のアナログ入力端子（第一入力端子とは異なるもう一つのアナログ入力端子。以下「第二入力端子」と呼ぶ。）に電気接続している。
基準抵抗Ｒ３２の他端は、電源装置８００の陽極側出力に電気接続している。
The thermistor T31 is a two-terminal element whose resistance value changes with temperature. The thermistor T31 is disposed in the vicinity of the smoothing capacitor C11, and the resistance value varies depending on the temperature around the smoothing capacitor C11. One end of the thermistor T31 is electrically connected to the cathode side output of the
The other end of the reference resistor R32 is electrically connected to the anode side output of the
測定制御部２２１は、ＣＰＵを用いて、スイッチング回路ＳＷ２１を制御する制御信号を生成する。通常時において、測定制御部２２１は、平滑コンデンサＣ１１の陽極端子と電源回路８１０の陽極側出力とを導通させるよう、スイッチング回路ＳＷ２１を制御する制御信号を生成する。これにより、平滑コンデンサＣ１１は、電源回路８１０が生成した直流電圧ＶＯのリプルを除去するという、本来の動作をする。平滑コンデンサＣ１１の寿命を予測する場合、測定制御部２２１は、スイッチング回路ＳＷ２１を切り換えて、平滑コンデンサＣ１１の陽極端子とマイコン２００のアナログ入力端子とを導通させるよう、スイッチング回路ＳＷ２１を制御する制御信号を生成する。これにより、平滑コンデンサＣ１１は、電源回路８１０から切り離される。
なお、平滑コンデンサＣ１１が１つしかない場合、測定制御部２２１は、電源回路８１０の動作停止時に、平滑コンデンサＣ１１を電源回路８１０から切り離す。また、平滑コンデンサＣ１１が複数ある場合は、複数の平滑コンデンサＣ１１にそれぞれ対応する複数のスイッチング回路ＳＷ２１を設け、測定制御部２２１は、いずれか１つの平滑コンデンサＣ１１のみを電源回路８１０から切り離す。これにより、電源回路８１０の動作中は、いずれかの平滑コンデンサＣ１１が電源回路８１０に接続した状態となり、電源装置８００が正常に動作する。
The
When there is only one smoothing capacitor C11, the
電圧生成部２２２は、ＤＡＣを用いて、バイアス付き交流電圧を生成し、アナログ出力端子から出力する。電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧は、例えば直流成分が２．５Ｖ、交流成分が最大値２Ｖの正弦波で、周波数が数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度である。直流成分の電圧値は、例えばＤＡＣが生成できる電圧範囲の中央値に設定する。なお、平滑コンデンサＣ１１が電解コンデンサなどの有極コンデンサである場合、負電圧を印加することはできないので、ＤＡＣが負電圧を生成できる場合であっても、バイアス付き交流電圧の最低値が０Ｖ以上になるようにする。したがって、ＤＡＣが負電圧を生成できる場合、直流成分の電圧値は、例えばＤＡＣが生成できる最高電圧の半分に設定する。
電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数は、マイコン２００の動作周波数などによって定まるＤＡＣ及びＡＤＣの時間分解能による制限を受けるほか、平滑コンデンサＣ１１の等価直列インダクタンスの影響が無視できる程度に低い周波数に設定する。また、交流成分の周波数は、平滑コンデンサＣ１１の静電容量によるリアクタンスが十分に小さくなり、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗の影響を、ＡＤＣの電圧分解能によって測定可能な程度に高い周波数に設定する。
なお、電圧生成部２２２は、マイコン２００からの指令により動作する発振器などの回路により実現してもよい。
The
The frequency of the AC component of the biased AC voltage generated by the
The
電圧測定部２２３は、ＡＤＣを用いて、第一入力端子の電圧（すなわち、平滑コンデンサＣ１１の両端電圧）を測定し、測定した平滑コンデンサＣ１１の両端電圧を表わすデータを生成する。
The
抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、電圧測定部２２３が生成したデータに基づいて、電圧生成部２２２が生成した交流電圧の交流成分に対する、平滑コンデンサＣ１１の両端電圧の交流成分の電圧比ａおよび位相差θを算出する。
The
図２は、この実施の形態における電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧ｖ１と、電圧測定部２２３が測定する平滑コンデンサＣ１１の両端電圧ｖ２との関係の一例を示す波形図である。
横軸は時刻、縦軸は電圧を表わす。曲線５１１は、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の瞬時電圧値を表わす。曲線５１２は、電圧測定部２２３が測定する平滑コンデンサＣ１１の両端電圧の瞬時電圧値を表わす。
電圧ＶＨおよび電圧ＶＬは、それぞれ、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧ｖ１の極大値および極小値を表わす。電圧Ｖｈはおよび電圧Ｖｌは、それぞれ、電圧測定部２２３が測定する平滑コンデンサＣ１１の両端電圧の極大値および極小値を表わす。時間Ｔ１は、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の周期（周波数の逆数）を表わす。時間Ｔ２は、電圧測定部２２３が測定する平滑コンデンサＣ１１の両端電圧が極大値Ｖｈになってから、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧ｖ１が極大値ＶＨになるまでの時間を表わす。
FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of the relationship between the biased AC voltage v 1 generated by the
The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage. A
The voltage V H and the voltage V L represent the maximum value and the minimum value of the biased AC voltage v 1 generated by the
抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、あらかじめ設定により定められている電圧ＶＨ、電圧ＶＬ、時間Ｔ１の値を取得する。あるいは、抵抗算出部２２４は、電圧生成部２２２からの通知により、電圧ＶＨ、電圧ＶＬ、時間Ｔ１の値を取得してもよい。
また、抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、電圧測定部２２３が測定した平滑コンデンサＣ１１の両端電圧ｖ２に基づいて、電圧Ｖｈ、電圧Ｖｌ、時間Ｔ２を算出する。
抵抗算出部２２４は、例えば、電圧Ｖｈから電圧Ｖｌを差し引いた差（Ｖｈ−Ｖｌ）を、電圧ＶＨから電圧ＶＬを差し引いた差（ＶＨ−ＶＬ）で割った商を算出することにより、電圧比ａを求める。
また、抵抗算出部２２４は、例えば、時間Ｔ２を時間Ｔ１で割った商に、２πを乗じた積（πは円周率。）を算出することにより、位相差θを求める。
The
In addition, the
In addition, the
図３は、平滑コンデンサＣ１１の等価回路の一例を示す図である。
平滑コンデンサＣ１１の等価回路として、一般に、静電容量Ｃと等価並列抵抗ｒとの並列回路と、等価直列抵抗Ｒと、等価直列インダクタンスＬとの直列回路が考えられる。しかし、上述したように、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数が、等価直列インダクタンスＬの影響を無視できる程度に低い周波数であることから、等価直列インダクタンスＬは無視できる。また、等価並列抵抗ｒの値は通常十分に大きいことから、等価並列抵抗ｒも無視できる。このため、平滑コンデンサＣ１１の等価回路として、静電容量Ｃと等価直列抵抗Ｒとの直列回路を考える。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the smoothing capacitor C11.
As an equivalent circuit of the smoothing capacitor C11, a parallel circuit of an electrostatic capacitance C and an equivalent parallel resistance r, a series circuit of an equivalent series resistance R, and an equivalent series inductance L are generally considered. However, as described above, since the frequency of the AC component of the biased AC voltage generated by the
このとき、平滑コンデンサＣ１１のインピーダンスＺは、次の式で与えられる。
ただし、ｊは虚数単位（すなわち−１の平方根）、ωは電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の角周波数である。
However, j is an imaginary unit (that is, the square root of −1), and ω is the angular frequency of the AC component of the AC voltage with bias generated by the
基準抵抗Ｒ２２の抵抗値をＲ０とすると、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧ｖ１の交流成分に対する、平滑コンデンサＣ１１の両端電圧ｖ２の交流成分の比の複素表現ａ∠θは、次の式で与えられる。
これより、等価直列抵抗Ｒの算出式を求めると、次の式が得られる。
抵抗算出部２２４は、この算出式を使用して、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒを算出する。すなわち、抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、電圧比ａの二乗ａ２を算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、位相差θの余弦ｃｏｓθを算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、電圧比ａと余弦ｃｏｓθとの積ａ・ｃｏｓθを算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、二乗ａ２から積ａ・ｃｏｓθを差し引いた差ａ２−ａ・ｃｏｓθを算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、積ａ・ｃｏｓθに２を乗じた積２ａ・ｃｏｓθを算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、二乗ａ２に１を加えた和ａ２＋１を算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、和ａ２＋１から積２ａ・ｃｏｓθを差し引いた差ａ２＋１−２ａ・ｃｏｓθを算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、差ａ２−ａ・ｃｏｓθを差ａ２＋１−２ａ・ｃｏｓθで割った商（ａ２−ａ・ｃｏｓθ）／（ａ２＋１−２ａ・ｃｏｓθ）を算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、商（ａ２−ａ・ｃｏｓθ）／（ａ２＋１−２ａ・ｃｏｓθ）に抵抗値Ｒ０を乗じた積を算出することにより、等価直列抵抗Ｒを求める。
なお、抵抗算出部２２４は、等価直列抵抗Ｒを求める代わりに、抵抗値Ｒ０に対する等価直列抵抗Ｒの比Ｒ／Ｒ０を求めるものであってもよい。そうすれば、上記計算過程において、抵抗値Ｒ０を乗じる計算をしなくて済むので、計算量を減らすことができる。
The
Note that the
図１に戻って、機能ブロックの説明を続ける。 Returning to FIG. 1, the description of the functional blocks will be continued.
温度測定部２３１は、ＡＤＣを用いて、第二入力端子の電位（すなわち、サーミスタＴ３１の両端電圧）を測定し、測定したサーミスタＴ３１の両端電圧を表わすデータを生成する。温度測定部２３１が測定するサーミスタＴ３１の両端電圧は、電源回路８１０が出力する直流電圧を、基準抵抗Ｒ３２とサーミスタＴ３１とで分圧した電圧であるから、サーミスタＴ３１の抵抗値により変化する。サーミスタＴ３１の抵抗値は平滑コンデンサＣ１１の周辺の温度によって変化するから、電源回路８１０が生成する直流電圧の値が所定の値で一定であるとすると、温度測定部２３１が生成するサーミスタＴ３１の両端電圧を表わすデータは、平滑コンデンサＣ１１の周辺の温度を表わす。
The
寿命表記憶部２４１は、あらかじめ、ＲＯＭを用いて、温度測定部２３１が測定した平滑コンデンサＣ１１の周辺の温度と、抵抗算出部２２４が算出した平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗の値とから、平滑コンデンサＣ１１の寿命を求めるためのデータ（以下「寿命表データ」と呼ぶ。）を記憶している。
The life
図４は、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの温度特性及び使用時間特性の一例を示すグラフ図である。
横軸は、温度または使用時間を表わす。縦軸は、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値を表わす。曲線５２１は、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの温度特性を表わす。曲線５２２は、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの使用時間特性を表わす。
使用時間が同じ場合、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値は、温度が低いほど高く、温度が高いほど低い。温度が同じ場合、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値は、使用時間が経つほど大きくなる。
FIG. 4 is a graph showing an example of temperature characteristics and usage time characteristics of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11.
The horizontal axis represents temperature or usage time. The vertical axis represents the value of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11. A
When the usage time is the same, the value of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11 is higher as the temperature is lower and lower as the temperature is higher. When the temperature is the same, the value of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11 increases as the usage time elapses.
図５は、この実施の形態における寿命表記憶部２４１が記憶する寿命表データ６１０の一例を示す図である。
サーミスタ電圧値６１１は、温度測定部２３１が測定するサーミスタＴ３１の両端電圧の値を表わす。等価直列抵抗値６１２は、抵抗算出部２２４が算出する平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値を表わす。余命時間６２１は、平滑コンデンサＣ１１の寿命までの残り時間を表わす。
この例において、寿命表データ６１０は表形式のデータであり、各セルが記憶した余命時間６２１は、温度測定部２３１が測定したサーミスタＴ３１の両端電圧が、その列の一番上のセルが記憶したサーミスタ電圧値６１１であり、かつ、抵抗算出部２２４が算出した平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値が、その行の一番左のセルが記憶した等価直列抵抗値６１２である場合の余命時間を表わす。
なお、寿命表データ６１０のデータ形式は、表形式に限らず、サーミスタ電圧値６１１と等価直列抵抗値６１２とから余命時間６２１を求めることができる形式であれば、データベース形式など他の形式であってもよい。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the
The
In this example, the
The data format of the
図１に戻って、機能ブロックの説明を続ける。 Returning to FIG. 1, the description of the functional blocks will be continued.
寿命算出部２４２は、ＣＰＵを用いて、抵抗算出部２２４が算出した平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値と、温度測定部２３１が測定したサーミスタＴ３１の両端電圧の値とに基づいて、寿命表記憶部２４１が記憶した寿命表データ６１０から、サーミスタ電圧値６１１及び等価直列抵抗値６１２が最も近い余命時間６２１を取得する。
寿命算出部２４２は、ＣＰＵを用いて、取得した余命時間６２１（寿命）を出力する。
The
The
寿命算出部２４２が算出した余命時間６２１は、例えば、図示していない寿命表示部が表示して、電源装置８００の利用者に通知する。あるいは、寿命算出部２４２が算出した余命時間６２１が所定の閾値より短くなった場合に、図示していない寿命警告部が、寿命警告表示を表示したり、警告音を出力したりして、電源装置８００の利用者に警告し、電源装置の交換を促す。
The
図６は、この実施の形態における寿命予測処理Ｓ７１０の流れの一例を示すフローチャート図である。
寿命予測処理Ｓ７１０において、寿命予測装置１００は、平滑コンデンサＣ１１の寿命を予測する。寿命予測処理Ｓ７１０は、コンデンサ切り離し工程Ｓ７１１、コンデンサ電圧測定工程Ｓ７１２、温度測定工程Ｓ７１３、等価直列抵抗算出工程Ｓ７１４、寿命算出工程Ｓ７１８、コンデンサ接続工程Ｓ７１９を有する。
FIG. 6 is a flowchart showing an example of the flow of the life prediction process S710 in this embodiment.
In the life prediction process S710, the
コンデンサ切り離し工程Ｓ７１１において、測定制御部２２１が制御信号を生成し、スイッチング回路ＳＷ２１を切り替えて、平滑コンデンサＣ１１を電源回路８１０から切り離す。
コンデンサ電圧測定工程Ｓ７１２において、電圧生成部２２２がバイアス付き交流電圧ｖ１を生成し、電圧測定部２２３が平滑コンデンサＣ１１の両端電圧ｖ２を測定する。
温度測定工程Ｓ７１３において、温度測定部２３１がサーミスタＴ３１の両端電圧を測定する。
等価直列抵抗算出工程Ｓ７１４において、電圧測定部２２３が測定した平滑コンデンサＣ１１の両端電圧に基づいて、抵抗算出部２２４が平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗を算出する。
寿命算出工程Ｓ７１８において、温度測定工程Ｓ７１３で温度測定部２３１が測定したサーミスタＴ３１の両端電圧と、等価直列抵抗算出工程Ｓ７１４で抵抗算出部２２４が算出した平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗とに基づいて、寿命表記憶部２４１が記憶した寿命表データ６１０を寿命算出部２４２が検索し、平滑コンデンサＣ１１の寿命を算出する。
コンデンサ接続工程Ｓ７１９において、測定制御部２２１が制御信号を生成し、スイッチング回路ＳＷ２１を切り換えて、平滑コンデンサＣ１１を電源回路８１０に再接続する。
In the capacitor separation step S711, the
In the capacitor voltage measurement step S712, the
In the temperature measurement step S713, the
In the equivalent series resistance calculation step S714, the
In the life calculation step S718, based on the both-end voltage of the thermistor T31 measured by the
In the capacitor connection step S719, the
コンデンサの高性能化に伴い、寿命寸前まで、静電容量があまり変化しないコンデンサが出現してきている。このようなコンデンサを平滑コンデンサＣ１１に用いた場合、平滑コンデンサＣ１１の静電容量に基づいて寿命を予測すると、寿命が近いと判定してから実際に寿命を迎えるまでの時間が短く、交換用の電源装置の準備が間に合わない場合がある。 As the performance of capacitors increases, capacitors whose capacitance does not change much have appeared until the end of their lifetime. When such a capacitor is used for the smoothing capacitor C11, if the life is predicted based on the capacitance of the smoothing capacitor C11, the time until the end of the life is short after it is determined that the life is near is short. The power supply may not be ready.
これに対して、コンデンサの等価直列抵抗は、比較的早い段階から比較的大きく変化する。
この実施の形態における寿命予測装置１００は、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗を測定し、測定した等価直列抵抗に基づいて平滑コンデンサＣ１１の寿命を予測するので、平滑コンデンサＣ１１が実際に寿命を迎えるまでにはまだ余裕がある段階で、平滑コンデンサＣ１１の寿命が近づきつつあることを判定することができる。これにより、あらかじめ交換用の新しい電源装置を準備し、計画的に電源装置を交換するなどの対処をすることができる。
On the other hand, the equivalent series resistance of the capacitor changes relatively greatly from a relatively early stage.
The
また、この実施の形態における寿命予測装置１００は、スイッチング回路ＳＷ２１を切り替えることにより、平滑コンデンサＣ１１を電源回路８１０から切り離して、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗を測定するので、平滑コンデンサＣ１１を電源装置８００から取り外す必要がない。更に、平滑コンデンサＣ１１が複数ある場合には、電源装置８００の動作を停止させることなく、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗を測定することができる。
In addition, the
この実施の形態における寿命予測装置１００は、測定装置（電圧測定部２２３及び抵抗算出部２２４）と、寿命算出装置（寿命算出部２４２）とを有する。
上記測定装置は、コンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）の等価直列抵抗Ｒを測定する。
上記寿命算出装置は、上記測定装置が測定した等価直列抵抗Ｒに基づいて、上記コンデンサの寿命（余命時間６２１）を算出する。
The
The measuring device measures the equivalent series resistance R of the capacitor (smoothing capacitor C11).
The lifetime calculation device calculates the lifetime of the capacitor (lifetime 621) based on the equivalent series resistance R measured by the measurement device.
この実施の形態における寿命予測装置１００によれば、コンデンサの等価直列抵抗Ｒに基づいて、コンデンサの寿命を算出するので、比較的早い段階で、コンデンサの寿命が近づきつつあることを判定することができる。
According to the
この実施の形態における寿命予測装置１００は、更に、温度測定装置（温度測定部２３１）を有する。
上記温度測定装置は、上記コンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）の温度を測定する。
上記寿命算出装置（寿命算出部２４２）は、上記測定装置（電圧測定部２２３及び抵抗算出部２２４）が測定した等価直列抵抗と、上記温度測定装置が測定した温度とに基づいて、上記コンデンサの寿命を算出する。
The
The temperature measuring device measures the temperature of the capacitor (smoothing capacitor C11).
The life calculation device (life calculation unit 242) is configured to detect the capacitor based on the equivalent series resistance measured by the measurement device (
この実施の形態における寿命予測装置１００によれば、測定装置が測定した等価直列抵抗と、温度測定装置が測定した温度とに基づいて、コンデンサの寿命を算出するので、コンデンサの等価直列抵抗の温度特性による変化を考慮して、より正確にコンデンサの寿命を予測することができる。
According to the
この実施の形態における寿命予測装置１００において、測定装置は、基準抵抗Ｒ２２と、電圧生成回路（電圧生成部２２２）と、電圧測定回路（電圧測定部２２３）とを有する。
上記基準抵抗Ｒ２２は、上記コンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）と直列に電気接続する。
上記電圧生成回路は、上記コンデンサと上記基準抵抗Ｒ２２との直列回路に印加する交流電圧（バイアス付き交流電圧）を生成する。
上記電圧測定回路は、上記コンデンサの両端電圧を測定する。
上記寿命算出装置（寿命算出部２４２）は、上記電圧測定回路が測定した両端電圧に基づいて、上記コンデンサの寿命を算出する。
In the
The reference resistor R22 is electrically connected in series with the capacitor (smoothing capacitor C11).
The voltage generation circuit generates an alternating voltage (biased alternating voltage) applied to a series circuit of the capacitor and the reference resistor R22.
The voltage measuring circuit measures a voltage across the capacitor.
The lifetime calculation device (life calculation unit 242) calculates the lifetime of the capacitor based on the both-end voltage measured by the voltage measurement circuit.
この実施の形態における寿命予測装置１００によれば、電圧生成回路が生成した交流電圧を、コンデンサと基準抵抗Ｒ２２との直列回路に印加して、コンデンサの両端電圧を測定するので、コンデンサの静電容量の影響を抑え、コンデンサの等価直列抵抗を正確に測定することができる。
According to the
なお、電圧測定回路（電圧測定部２２３）は、コンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）の両端電圧を測定するのではなく、基準抵抗Ｒ２２の両端電圧を測定する構成であってもよい。その場合、コンデンサの等価直列抵抗を求める算出式が異なるが、上記の説明と同様にして、コンデンサの等価直列抵抗を求めることができる。 The voltage measurement circuit (voltage measurement unit 223) may be configured to measure the voltage across the reference resistor R22 instead of measuring the voltage across the capacitor (smoothing capacitor C11). In this case, although the calculation formula for obtaining the equivalent series resistance of the capacitor is different, the equivalent series resistance of the capacitor can be obtained in the same manner as described above.
この実施の形態における電源装置８００は、電源回路８１０と、平滑コンデンサＣ１１と、寿命予測装置１００とを有する。
上記電源回路８１０は、直流電源（直流電圧ＶＯ）を生成する。
上記平滑コンデンサＣ１１は、上記電源回路８１０の出力に電気接続し、上記電源回路８１０が生成した直流電源のリプルを除去する。
上記寿命予測装置１００は、上記平滑コンデンサＣ１１の寿命を予測する。
The
The
The smoothing capacitor C11 is electrically connected to the output of the
The
この実施の形態における電源装置８００によれば、寿命予測装置１００が早期に平滑コンデンサＣ１１の寿命を予測するので、あらかじめ交換用の新しい電源装置を準備することができ、計画的に電源装置の交換をすることができる。
According to the
この実施の形態における寿命予測装置１００がコンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）の寿命を予測する寿命予測方法は、以下の工程を有する。
コンデンサの等価直列抵抗Ｒを測定する。
測定した等価直列抵抗に基づいて、上記コンデンサの寿命を算出する。
The life prediction method in which the
Measure the equivalent series resistance R of the capacitor.
The lifetime of the capacitor is calculated based on the measured equivalent series resistance.
この実施の形態における寿命予測方法によれば、コンデンサの等価直列抵抗Ｒに基づいて、コンデンサの寿命を算出するので、比較的早い段階で、コンデンサの寿命が近づきつつあることを判定することができる。 According to the lifetime prediction method in this embodiment, the lifetime of the capacitor is calculated based on the equivalent series resistance R of the capacitor. Therefore, it can be determined that the lifetime of the capacitor is approaching at a relatively early stage. .
なお、平滑コンデンサＣ１１の静電容量が大きく、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数が十分高い場合、平滑コンデンサＣ１１の静電容量Ｃの影響が小さくなるので、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分に対する、電圧測定部２２３が測定する平滑コンデンサＣ１１の両端電圧の交流成分の位相差θは、ほぼ０となる。このため、数１３は、次のように簡略化できる。
すなわち、抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、電圧生成部２２２が生成したバイアス付き交流電圧の交流成分に対する、電圧測定部２２３が測定した平滑コンデンサＣ１１の両端電圧の交流成分の電圧比ａに基づいて、１から電圧比ａを差し引いた差１−ａを算出し、ＣＰＵを用いて、電圧比ａを差１−ａで割った商ａ／（１−ａ）を算出することにより、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗（あるいは、基準抵抗Ｒ２２に対する、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗の比）を算出する。位相差θを求める必要もないので、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒを算出する計算量を大幅に減らすことができる。
That is, the
以上説明した電源装置８００は、電源リプルを平滑する平滑用コンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）を備え、平滑用コンデンサの近傍にコンデンサの温度を測定する温度測定部（サーミスタＴ３１）を備え、平滑用コンデンサに交流信号を印加する信号出力部（電圧生成部２２２）を備え、平滑用コンデンサの等価直列抵抗Ｒを測定する測定部（電圧測定部２２３、抵抗算出部２２４）を備え、コンデンサの温度およびコンデンサの等価直列抵抗から寿命を計測することで当該電源装置８００の寿命を判断する演算部（寿命算出部２４２）を備える。
The
また、電源装置８００は、平滑用コンデンサに交流信号を印加する信号出力部と平滑用コンデンサとの間に直列に基準抵抗器（基準抵抗Ｒ２２）を備え、平滑用コンデンサの等価直列抵抗と基準抵抗器の抵抗値の比を電圧として測定する電圧測定部２２３を備え、前記温度測定部（サーミスタＴ３１、温度測定部２３１）によるコンデンサの近傍温度および前記等価直列抵抗との電圧比から寿命を計測することで当該電源装置８００の寿命を判断する演算部（寿命算出部２４２）を備える。
The
以上のように、寿命予測装置１００は、平滑コンデンサＣ１１の静電容量ではなく、既知の基準抵抗Ｒ２２の抵抗値と比較することにより等価直列抵抗Ｒを測定して、平滑コンデンサＣ１１の寿命を予測するので、寿命末期における静電容量の変化の少ないコンデンサを平滑コンデンサＣ１１に用いた場合でも、平滑コンデンサＣ１１の寿命を精度よく予測することができる。
寿命予測の精度を高めるために、例えばＡＤＣの分解能を高くする必要がないので、寿命予測装置１００の製造コストを抑えることができる。
As described above, the
In order to increase the accuracy of life prediction, for example, it is not necessary to increase the resolution of the ADC, so that the manufacturing cost of the
実施の形態２．
実施の形態２について、図７を用いて説明する。
なお、実施の形態１と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment will be described with reference to FIG.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図７は、この実施の形態における電源装置８００の全体構成の一例を示す回路構成図である。
寿命予測装置１００は、実施の形態１で説明した抵抗算出部２２４に代えて、Ｚ算出部２２５を有する。
Ｚ算出部２２５は、ＣＰＵを用いて、平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスＺの絶対値を算出する。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing an example of the overall configuration of
The
The
数１２より求められる平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスＺの絶対値の算出式は、次のとおりである。
なお、Ｚ算出部２２５は、平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスＺの絶対値ではなく、基準抵抗Ｒ２２の抵抗値Ｒ０に対する、平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスＺの絶対値の比｜Ｚ｜／Ｒ０を算出する構成としてもよい。また、平方根を求める計算は計算量が多いので、Ｚ算出部２２５は、平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスＺの絶対値（または抵抗値Ｒ０に対する比）ではなく、平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスＺの絶対値（または抵抗値Ｒ０に対する比）の二乗を算出する構成としてもよい。
The
寿命表記憶部２４１は、あらかじめ、ＲＯＭを用いて、寿命表データ６１０を記憶している。寿命表データ６１０は、温度測定部２３１が測定する平滑コンデンサＣ１１の周辺の温度と、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数における平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスの絶対値（または抵抗値Ｒ０に対する比）（あるいはその二乗）とに基づいて、平滑コンデンサＣ１１の寿命を求めるためのデータである。
The life
寿命算出部２４２は、ＣＰＵを用いて、抵抗算出部２２４が算出した平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスの絶対値（または抵抗値Ｒ０に対する比）（あるいはその二乗）と、温度測定部２３１が測定したサーミスタＴ３１の両端電圧の値とに基づいて、寿命表記憶部２４１が記憶した寿命表データ６１０から余命時間６２１を取得する。
寿命算出部２４２は、ＣＰＵを用いて、取得した余命時間６２１（寿命）を出力する。
The
The
このように、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗の値ではなく、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数における平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンス（またはそれに関連する値）を算出して、平滑コンデンサＣ１１の寿命を算出する構成としても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
In this way, instead of the value of the equivalent series resistance of the smoothing capacitor C11, the AC impedance (or a value related thereto) of the smoothing capacitor C11 at the frequency of the AC component of the AC voltage with bias generated by the
この実施の形態における寿命予測装置１００は、測定装置（電圧測定部２２３及びＺ算出部２２５）と、寿命算出装置（寿命算出部２４２）とを有する。
上記測定装置は、コンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）の交流インピーダンスＺを測定する。
上記寿命算出装置は、上記測定装置が測定した交流インピーダンスＺに基づいて、上記コンデンサの寿命を算出する。
The
The measuring device measures the AC impedance Z of the capacitor (smoothing capacitor C11).
The lifetime calculation device calculates the lifetime of the capacitor based on the AC impedance Z measured by the measurement device.
この実施の形態における寿命予測装置１００によれば、コンデンサの交流インピーダンスＺに基づいて、コンデンサの寿命を算出するので、比較的早い段階で、コンデンサの寿命が近づきつつあることを判定することができる。
According to the
実施の形態３．
実施の形態３について、説明する。
なお、実施の形態１と共通する部分については、同一の符号を付す。
Embodiment 3 FIG.
A third embodiment will be described.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part which is common in Embodiment 1. FIG.
この実施の形態における電源装置８００の全体構成は、実施の形態１と同様である。
電圧生成部２２２は、バイアス付き交流電圧を２種類生成する。電圧生成部２２２が生成する２種類のバイアス付き交流電圧は、交流成分の周波数が異なる。電圧生成部２２２は、２種類のバイアス付き交流電圧を交互に生成する。例えば、電圧生成部２２２は、交流成分の周波数が５０ｋＨｚのバイアス付き交流電圧を生成し、電圧測定部２２３による測定が終わったのち、交流成分の周波数が１００ｋＨｚのバイアス付き交流電圧を生成する。
電圧測定部２２３は、ＡＤＣを用いて、電圧生成部２２２が生成した２種類のバイアス付き交流電圧それぞれについて、平滑コンデンサＣ１１の両端電圧を測定する。
抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、電圧測定部２２３が測定した平滑コンデンサＣ１１の両端電圧に基づいて、電圧生成部２２２が生成する２種類のバイアス付き交流電圧それぞれについて、電圧生成部２２２が生成したバイアス付き交流電圧の交流成分に対する、電圧測定部２２３が測定した平滑コンデンサＣ１１の両端電圧の電圧比を算出する。抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、算出した２つの電圧比に基づいて、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒを算出する。
The overall configuration of
The
The
The
電圧生成部２２２が生成したバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数がｆ１のときの平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスをＺ１とし、抵抗算出部２２４が算出する電圧比をａ１とすると、ω＝２πｆ１だから、数１１より、
同様に、電圧生成部２２２が生成したバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数がｆ２のときの平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスをＺ２とし、抵抗算出部２２４が算出する電圧比をａ２とすると、
これより、等価直列抵抗Ｒの算出式を求めると、次の式が得られる。
抵抗算出部２２４は、ＣＰＵを用いて、上記算出式により、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒを算出する。なお、実施の形態１と同様、抵抗算出部２２４は、基準抵抗Ｒ２２の抵抗値Ｒ０に対する、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒを算出する構成としてもよい。
The
このように、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの測定に複数の周波数を用いることにより、電圧生成部２２２が生成したバイアス付き交流電圧の交流成分に対する、電圧測定部２２３が測定した平滑コンデンサＣ１１の両端電圧の位相差を算出せずに、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒを算出することができる。
As described above, by using a plurality of frequencies for measuring the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11, the smoothing capacitor C11 measured by the
このように、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒを異なる方式で測定したとしても、比較的早い段階で、コンデンサの寿命が近づきつつあることを判定することができるという効果は変わらない。
また、位相差を算出する必要がないので、ＤＡＣの電圧生成やＡＤＣの電圧測定に遅延があるなど何らかの理由により位相差を正確に測定できない場合でも、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値を正確に算出することができる。
Thus, even if the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11 is measured by a different method, the effect that it can be determined that the life of the capacitor is approaching at a relatively early stage remains unchanged.
In addition, since it is not necessary to calculate the phase difference, even if the phase difference cannot be measured accurately for some reason, such as when there is a delay in DAC voltage generation or ADC voltage measurement, the value of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11 is set. It can be calculated accurately.
電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数の種類を更に増やせば、等価直列インダクタンスＬや等価並列抵抗ｒも考慮に入れたより正確な等価回路に基づいて、等価直列抵抗Ｒの値を更に正確に算出することができる。
また、実施の形態２と同様、抵抗算出部２２４に代えて、Ｚ算出部２２５を設け、Ｚ算出部２２５が、平滑コンデンサＣ１１の交流インピーダンスＺを算出する構成としてもよい。
なお、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒ（または交流インピーダンスＺ）を測定する方式は、以上で説明した方式に限らず、他の方式であってもよい。例えば、電圧生成部２２２が生成するバイアス付き交流電圧の交流成分の周波数を変えるのではなく、基準抵抗Ｒ２２として抵抗値の異なる複数の基準抵抗を設け、複数の基準抵抗を切り換えて、それぞれの基準抵抗の抵抗値について、電圧測定部２２３が平滑コンデンサＣ１１の両端電圧を測定し、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒ（または交流インピーダンスＺ）を算出する構成としてもよい。
また、電圧生成部２２２が、正弦波ではなく、矩形波や三角波など他の波形の交流成分を有するバイアス付き交流電圧を生成する構成としてもよい。
If the type of frequency of the AC component of the biased AC voltage generated by the
Further, similarly to the second embodiment, a
The method for measuring the equivalent series resistance R (or AC impedance Z) of the smoothing capacitor C11 is not limited to the method described above, and other methods may be used. For example, instead of changing the frequency of the AC component of the biased AC voltage generated by the
Further, the
実施の形態４．
実施の形態４について、図８〜図９を用いて説明する。
なお、実施の形態１と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図８は、この実施の形態における電源装置８００の全体構成の一例を示す回路構成図である。
電源装置８００は、サーミスタＴ３１、基準抵抗Ｒ３２、温度測定部２３１を有さず、基準抵抗Ｒ２２に代えて、サーミスタＴ２３を有する。
サーミスタＴ２３（温度補償回路）は、平滑コンデンサＣ１１の近傍に配置され、平滑コンデンサＣ１１の周辺の温度によって抵抗値が変化する。サーミスタＴ２３の温度特性は、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの温度特性と概ね等しい。すなわち、所定の温度範囲内（例えば０℃〜９０℃）において、ある温度におけるサーミスタＴ２３の抵抗値に対する平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値の比と、別の温度におけるサーミスタＴ２３の抵抗値に対する平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値の比とが、所定の誤差許容範囲内（例えば±１％以内）で等しい。
単体のサーミスタＴ２３でそのような温度特性を有するものが利用できない場合は、サーミスタＴ２３に代えて、サーミスタと抵抗など他の素子とを組み合わせた温度補償回路を設け、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの温度特性と概ね同じ温度特性を持たせる。
FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing an example of the overall configuration of the
The
The thermistor T23 (temperature compensation circuit) is disposed in the vicinity of the smoothing capacitor C11, and the resistance value changes depending on the temperature around the smoothing capacitor C11. The temperature characteristic of the thermistor T23 is substantially equal to the temperature characteristic of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11. That is, within a predetermined temperature range (for example, 0 ° C. to 90 ° C.), the ratio of the value of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11 to the resistance value of the thermistor T23 at a certain temperature and the resistance value of the thermistor T23 at another temperature. The ratio of the value of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11 is equal within a predetermined error allowable range (for example, within ± 1%).
When a single thermistor T23 having such temperature characteristics cannot be used, a temperature compensation circuit combining a thermistor and another element such as a resistor is provided in place of the thermistor T23, and the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11 is provided. The temperature characteristics are almost the same as the temperature characteristics.
抵抗算出部２２４は、電圧測定部２２３が測定した平滑コンデンサＣ１１の両端電圧に基づいて、サーミスタＴ２３の抵抗値に対する、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの値の比を算出する。
上述したように、サーミスタＴ２３の温度特性は、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒの温度特性と概ね等しいので、抵抗算出部２２４が算出する抵抗値の比は、平滑コンデンサＣ１１の周辺の温度の影響を受けない。
The
As described above, since the temperature characteristic of the thermistor T23 is substantially equal to the temperature characteristic of the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11, the ratio of the resistance values calculated by the
寿命表記憶部２４１は、あらかじめ、ＲＯＭを用いて、寿命表データ６１０として、抵抗算出部２２４が算出した抵抗値の比から、平滑コンデンサＣ１１の寿命を求めるためのデータを記憶している。
The life
図９は、この実施の形態における寿命表記憶部２４１が記憶する寿命表データ６１０の一例を示す図である。
抵抗値比６１３は、抵抗算出部２２４が算出する抵抗値の比を表わす。
この例において、寿命表データ６１０は表形式のデータであり、各行の右側のセルが記憶した余命時間６２１は、抵抗算出部２２４が算出した抵抗値の比がその行の左側のセルが記憶した抵抗値比６１３である場合の余命時間を表わす。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the
The
In this example, the
寿命算出部２４２は、ＣＰＵを用いて、抵抗算出部２２４が算出した抵抗値の比に基づいて、寿命表記憶部２４１が記憶した寿命表データ６１０から余命時間６２１を取得する。
寿命算出部２４２は、ＣＰＵを用いて、取得した余命時間６２１（寿命）を出力する。
The
The
このように、平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗Ｒとほぼ等しい温度特性を有する温度補償回路（サーミスタＴ２３）を用いることにより、抵抗算出部２２４が算出する抵抗値の比が平滑コンデンサＣ１１の周辺の温度の影響を受けないので、寿命表記憶部２４１が記憶する寿命表データ６１０のデータ量を少なくすることができ、寿命算出部２４２の計算量を減らすことができる。
Thus, by using the temperature compensation circuit (thermistor T23) having a temperature characteristic substantially equal to the equivalent series resistance R of the smoothing capacitor C11, the ratio of the resistance values calculated by the
この実施の形態における寿命予測装置１００において、上記測定装置は、温度補償回路（サーミスタＴ２３）と、電圧生成回路（電圧生成部２２２）と、電圧測定回路（電圧測定部２２３）とを有する。
上記温度補償回路は、上記コンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）と直列に電気接続し、上記コンデンサの温度により抵抗値が変化する。
上記電圧生成回路は、上記コンデンサと上記温度補償回路との直列回路に印加する交流電圧（バイアス付き交流電圧）を生成する。
上記電圧測定回路は、上記コンデンサの両端電圧を測定する。
上記寿命算出装置（寿命算出部２４２）は、上記電圧測定回路が測定した両端電圧に基づいて、上記コンデンサの寿命を算出する。
In the
The temperature compensation circuit is electrically connected in series with the capacitor (smoothing capacitor C11), and the resistance value changes depending on the temperature of the capacitor.
The voltage generation circuit generates an alternating voltage (biased alternating voltage) to be applied to a series circuit of the capacitor and the temperature compensation circuit.
The voltage measuring circuit measures a voltage across the capacitor.
The lifetime calculation device (life calculation unit 242) calculates the lifetime of the capacitor based on the both-end voltage measured by the voltage measurement circuit.
この実施の形態における寿命予測装置１００によれば、温度補償回路が平滑コンデンサＣ１１の等価直列抵抗の温度特性を打ち消すので、寿命表記憶部２４１が記憶する寿命表データ６１０のデータ量を少なくすることができ、寿命算出部２４２における計算量を減らすことができる。例えば、寿命表記憶部２４１や寿命算出部２４２をマイコン２００により実現する場合であれば、低スペックのマイコン２００を用いることができるので、寿命予測装置１００（電源装置８００）の製造コストを削減することができる。
According to the
以上説明した電源装置８００は、交流信号出力部（電圧生成部２２２）と平滑用コンデンサ（平滑コンデンサＣ１１）との間に温度測定部（サーミスタＴ２３）を直列に接続し、平滑用コンデンサの等価直列抵抗Ｒと温度測定手段の抵抗値の比を電圧として測定する電圧測定部２２３を備え、抵抗比から寿命を計測することで当該電源装置８００の寿命を判断する演算部（寿命算出部２４２）を備える。
In the
以上のように、サーミスタＴ２３の温度変化に対する抵抗値の変化が、平滑コンデンサＣ１１の温度変化に対する等価直列抵抗の変化と等しくなるよう構成することにより、コンデンサ近傍温度ごとにデータテーブルを用意する必要がなく、サーミスタＴ２３と平滑コンデンサＣ１１との温度変化の対する抵抗値の変化が抵抗比の測定のためキャンセルされるため、１つのデータテーブルを用意するだけで、各使用温度でのコンデンサ寿命を測定することができる。
コンデンサ近傍温度ごとのデータテーブルを用意する必要がないので、データテーブルに必要なデータ量が少なく、ＲＯＭのメモリ容量を少なくでき、使用部品の単価を抑えることができる。また、寿命測定プログラムについても、コンデンサ近傍温度ごとに処理を切り替える必要がないので、プログラム用メモリの容量を削減でき、プログラム試験を削減できる。
As described above, it is necessary to prepare a data table for each temperature near the capacitor by configuring so that the change in resistance value with respect to the temperature change of the thermistor T23 becomes equal to the change in equivalent series resistance with respect to the temperature change of the smoothing capacitor C11. In addition, since the change in the resistance value with respect to the temperature change between the thermistor T23 and the smoothing capacitor C11 is canceled due to the measurement of the resistance ratio, the capacitor life at each use temperature is measured only by preparing one data table. be able to.
Since it is not necessary to prepare a data table for each temperature near the capacitor, the amount of data required for the data table is small, the memory capacity of the ROM can be reduced, and the unit price of the components used can be reduced. In addition, since it is not necessary to switch the process for each lifetime measurement program for the lifetime measurement program, the capacity of the program memory can be reduced and the program test can be reduced.
なお、サーミスタＴ２３の抵抗値は、コンデンサ寿命の半年前、一年前にあたる等価直列抵抗Ｒの値との分圧がＡＤＣで明確に判別できる値に設定する。これにより、コンデンサの微小な容量変化を放電時間と電圧の関係から測定する必要がなく、コンデンサの等価直列抵抗Ｒと基準抵抗との比から求める電圧により、寿命末期まで容量が明確に劣化しないタイプの高性能なコンデンサに対しても寿命までの使用期間を容易に測定できる。 The resistance value of the thermistor T23 is set to a value that allows the ADC to clearly distinguish the partial pressure from the value of the equivalent series resistance R, which is six months before and one year before the capacitor life. As a result, it is not necessary to measure the minute capacitance change of the capacitor from the relationship between the discharge time and the voltage, and the capacitance does not deteriorate clearly until the end of the life by the voltage obtained from the ratio of the equivalent series resistance R of the capacitor and the reference resistance. It is possible to easily measure the period of use up to the end of life even for high performance capacitors.
１００ 寿命予測装置、２００ マイコン、２２１ 測定制御部、２２２ 電圧生成部、２２３ 電圧測定部、２２４ 抵抗算出部、２２５ Ｚ算出部、２３１ 温度測定部、２４１ 寿命表記憶部、２４２ 寿命算出部、５１１，５１２，５２１，５２２ 曲線、６１０ 寿命表データ、６１１ サーミスタ電圧値、６１２ 等価直列抵抗値、６１３ 抵抗値比、６２１ 余命時間、８００ 電源装置、８１０ 電源回路、１１ 平滑コンデンサＣ、２２，３２ 基準抵抗Ｒ、２１ スイッチング回路ＳＷ、２３，３１ サーミスタＴ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記測定装置は、コンデンサの交流インピーダンス及び等価直列抵抗の少なくともいずれかを測定し、
上記寿命算出装置は、上記測定装置が測定した交流インピーダンス及び等価直列抵抗の少なくともいずれかに基づいて、上記コンデンサの寿命を算出し、
上記測定装置は、温度補償回路と、電圧生成回路と、電圧測定回路とを有し、
上記温度補償回路は、上記コンデンサと直列に電気接続し、上記コンデンサの温度により抵抗値が変化し、
上記電圧生成回路は、上記コンデンサと上記温度補償回路との直列回路に印加する交流電圧を生成し、
上記電圧測定回路は、上記コンデンサまたは上記温度補償回路の両端電圧を測定し、
上記寿命算出装置は、上記電圧測定回路が測定した両端電圧に基づいて、上記コンデンサの寿命を算出することを特徴とする寿命予測装置。 Having a measuring device and a lifetime calculating device,
The measuring device measures at least one of the AC impedance and equivalent series resistance of the capacitor,
The lifetime calculating device calculates the lifetime of the capacitor based on at least one of the AC impedance and equivalent series resistance measured by the measuring device ,
The measurement apparatus includes a temperature compensation circuit, a voltage generation circuit, and a voltage measurement circuit.
The temperature compensation circuit is electrically connected in series with the capacitor, and the resistance value changes depending on the temperature of the capacitor.
The voltage generation circuit generates an AC voltage applied to a series circuit of the capacitor and the temperature compensation circuit,
The voltage measurement circuit measures the voltage across the capacitor or the temperature compensation circuit,
The lifetime calculation device is characterized in that the lifetime of the capacitor is calculated based on the voltage between both ends measured by the voltage measurement circuit .
上記コンデンサの温度による変化が上記温度補償回路によって相殺された上記コンデンサの等価直列抵抗を測定する測定装置と、
上記測定装置によって測定された上記コンデンサの等価直列抵抗に基づいて、上記コンデンサの寿命を算出する寿命算出装置とを有することを特徴とする寿命予測装置。 A temperature compensation circuit that is electrically connected in series with the capacitor and has a resistance value that changes in accordance with the temperature of the capacitor so that a change in the equivalent series resistance of the capacitor due to the temperature of the capacitor is offset;
A measuring device which changes with temperature to measure the equivalent series resistance of the capacitor, which is offset by the temperature compensation circuit of the capacitor,
Based on the equivalent series resistance of the measured the capacitor by the upper Symbol measuring device, life predicting device, characterized by chromatic and lifetime calculator that calculates the lifetime of the capacitor.
上記基準抵抗は、上記コンデンサと直列に電気接続し、
上記電圧生成回路は、上記コンデンサと上記基準抵抗との直列回路に印加する交流電圧を生成し、
上記電圧測定回路は、上記コンデンサまたは上記基準抵抗の両端電圧を測定し、
上記寿命算出装置は、上記電圧測定回路が測定した両端電圧に基づいて、上記コンデンサの寿命を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の寿命予測装置。 The measurement apparatus includes a reference resistor, a voltage generation circuit, and a voltage measurement circuit.
The reference resistor is electrically connected in series with the capacitor,
The voltage generation circuit generates an alternating voltage applied to a series circuit of the capacitor and the reference resistor,
The voltage measurement circuit measures the voltage across the capacitor or the reference resistor,
The life calculation device based on the voltage across which the voltage measurement circuit to measure, life predicting apparatus according to any one of claims 1 to 3, and calculates the lifetime of the capacitor.
上記電源回路は、直流電源を生成し、
上記平滑コンデンサは、上記電源回路の出力に電気接続し、上記電源回路が生成した直流電源のリプルを除去し、
上記寿命予測装置は、上記平滑コンデンサの寿命を予測することを特徴とする電源装置。 A power supply circuit, a smoothing capacitor, and a life prediction apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The power supply circuit generates a DC power supply,
The smoothing capacitor is electrically connected to the output of the power supply circuit, removes the ripple of the DC power generated by the power supply circuit,
The life prediction apparatus predicts the life of the smoothing capacitor.
測定装置が、上記コンデンサの温度による変化が相殺された上記コンデンサの等価直列抵抗を測定し、
寿命算出装置が、測定された上記コンデンサの等価直列抵抗に基づいて、上記コンデンサの寿命を算出することを特徴とする寿命予測方法。 A temperature compensation circuit that is electrically connected in series with the capacitor and whose resistance value changes according to the temperature of the capacitor cancels the change in the equivalent series resistance of the capacitor due to the temperature of the capacitor,
Measuring device measures the equivalent series resistance of the capacitor changes with temperature of the capacitor is canceled,
Life calculation device, based on the equivalent series resistance of the measured the capacitor, life prediction method characterized by calculating the service life of the capacitor.
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