JP6059590B2

JP6059590B2 - 電源装置の簡易劣化判定方法および電源装置の簡易劣化判定装置

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Publication number: JP6059590B2
Application number: JP2013087889A
Authority: JP
Inventors: 英俊高田; 潤加藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: JP2014212634A

Description

本発明は、情報通信装置に電源供給する電源装置の簡易劣化判定方法および電源装置の簡易劣化判定装置に関する。

近年、情報化社会の進展に伴い、多くの一般住宅およびオフィスには、１台または複数台の情報通信装置が設置されている。情報通信装置とは、例えば、ＯＮＵ（Optical Network Unit：光回線終端装置）、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line：非対称デジタル加入者線）モデムをいう。

一般家庭や小規模なオフィスに設置される情報通信装置は、交流を直流に変換し、または交流を交流に変換する電力変換装置を含む電源装置（例えば、ＡＣアダプタ）に適用され接続される。電源装置の寿命は電源装置の構成部品の劣化状態や寿命に左右される。よって電源装置の構成部品の劣化状況や寿命が正確に捉えにくく、電源装置の劣化状況や寿命も明確にわかりにくい。

電源装置の構成部品は例えば、整流用のアルミ電解コンデンサで構成され、アルミ電解コンデンサの劣化が、電源装置の劣化に直接関係している。アルミ電解コンデンサの劣化は、アルミ電解コンデンサが製造された時点から始まる。またアルミ電解コンデンサの劣化は、含浸された電解液が封口ゴムを透過し、時間とともに内部の電解液の蒸発が進むことで生じる。アルミ電解コンデンサは劣化すると静電容量が低下しかつＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）が増加、損失角の正接の増大が生じる。アルミ電解コンデンサが電源装置を構成する部品である場合、アルミ電解コンデンサの静電容量の低下およびＥＳＲの増加より、電源装置の入力点もしくは出力点からのインピーダンスは変化し、電源特性も変化する。

アルミ電解コンデンサの寿命については、アルミ電解コンデンサの静電容量または損失角の正接が規格値からはずれた段階で寿命に至ったと定義される。アルミ電解コンデンサの寿命は、アルミ電解コンデンサの使用条件により大きな影響を受ける。通常の平滑回路での使用では、温度とリプル電流による発熱が寿命を大きく決める要素となる。また、高湿度、振動が連続的にかかる用途、充放電を頻繁に行う用途では、アルミ電解コンデンサの使用条件での耐久性を考慮する必要がある（非特許文献１を参照）。

情報通信装置及び電源装置は、ＩＳＰ（Internet Service Provider：インターネットサービスプロバイダー）からユーザにレンタルされる場合が多く、レンタルバックされた後に利活用される。しかし、従来は、電源装置がどのような使用状態であったかは判断する情報がなく、電源装置の製造年月日のみで利活用判断がされていた。よって、良好な使用状態であり再利用・利活用に十分耐える電源装置であっても、利活用判断がされるまでの電源装置の使用状態が分からないため廃棄処分されていた。また、電源装置の使用条件によっては期待寿命よりも早く部品が劣化してしまい、電源装置の寿命が早く訪れ電力が正常に情報通信装置に供給できなくなる結果、情報通信装置が運転停止し、サービス断に至る場合があった。

特開平０５−０５６６２９号公報特開平０８−２２３９０４号公報特許第３６６６６８０号公報

"テクニカルノートアルミ電解コンデンサの上手な使い方"、日本ケミコン株式会社、http://www.chemi-con.co.jp/catalog/pdf/al-j/al-sepa-j/001-guide /al-technote-j-130101.pdf

そこで、例えば特許文献１では、電源装置の構成部品の周囲温度や電源装置の出力電流などの運転状態を示す信号で構成部品の期待寿命を補正する期待寿命設定回路と、各構成部品の運転時間を時間積分する時間積算回路と、補正後の構成部品の期待寿命と構成部品の運転時間の積分値を比較する回路と、および構成部品の交換毎に時間積算回路の積分値を零にリセットするリセット回路とを設け、構成部品の運転時間の積分値が、構成部品の運転状態を示す信号で補正された構成部品の期待寿命を超えた場合に、構成部品の交換を促す信号を電源装置の情報表示器に出力する部品劣化検出回路が提案されている。

特許文献１に記載の従来技術は、電源装置の運転状態で各構成部品の運転時間を時間積分し、運転時間の積分値が期待寿命を超えた場合、部品の交換を促す仕組みである。しかし、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置）などの数百W〜数百kWの中大容量機器に対して適用する大型の装置であったため、実装スペースを大きく取るという問題があった。また、装置１つあたりのコストが多くかかり、ＡＣアダプタなどのコンパクトで低廉な電源装置に適用することは現実的ではないという問題があった。

一方、特許文献２および特許文献３では、電力変換装置の構成部品の劣化を左右させる要因を検出する手段が、運転による電力変換装置自身および電力変換装置の構成部品の劣化を左右させる要因になる物理量を検出し、実質的な劣化量を算定する手段が、検出された劣化を左右させる要因になる物理量に基づいて電力変換装置の実質的な劣化量を算定し、総実質劣化量を算定する手段が、算定された実質的な劣化量を積算して総実質劣化量を算定し、保守管理情報を記憶する手段には、少なくとも電力変換装置および電力変換装置の構成部品ごとの期待寿命が記憶され、比較手段が、総実質劣化量を期待寿命と比較し、表示手段が、総実質劣化量が期待寿命を上回ると、電力変換装置および電力変換装置の構成部品の寿命を電力変換装置の使用者に通知する電力変換装置が提案されている。

特許文献２および特許文献３に記載の従来技術では、電源装置においてアルミ電解コンデンサなどの部品の実質劣化量に着目し、アルミ電解コンデンサの劣化量を算定する仕組みである。しかし、精度向上にはアルミ電解コンデンサの静電容量の計測が必要であるため、実質劣化量算定の精度を向上させるには大きなコストがかかる可能性があるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、情報通信装置に電源供給する電源装置の劣化状況を簡易に判定する機能を提供することにある。

上記課題を解決するための手段として、電源装置（ACアダプタ）の出力電力特性（起動時における電流特性・電圧特性・インピーダンス特性）を計測する手段と、計測した信号をセンタ装置に伝送する手段と、電源装置の初期特性を状態を記憶する手段と、電源装置の初期特性と計測された特性を比較する手段と、比較した結果の差分と設定値を比較する手段と、比較した結果が設定値を超えた場合に警告を発する手段と、受信した警告を表示する手段とを提供し、簡易に劣化を診断することを特徴とする。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電源装置の出力端子へ電気的に接続された情報通信装置と、前記電源装置の前記出力端子から電圧・電流を検出する検出装置と、前記情報通信装置へ接続され該情報通信装置の状況を監視する通信装置と、を備える電源装置の簡易劣化判定方法であって、前記検出装置は、前記電源装置の電源投入の際に前記電源装置の前記出力端子の突入電流を測定し、該測定した突入電流に基づいて多項式を算出し、前記算出された多項式および前記情報通信装置のＩＤを前記通信装置に転送し、前記通信装置は、前記転送された前記情報通信装置のＩＤに対応する前記電源装置の所定の多項式を記憶部から抽出し、前記抽出した所定の多項式と前記転送された多項式との差分を算出し、該差分に基づいて比較結果を生成し、前記比較結果を前記検出装置に転送することを特徴とする。また、請求項２に記載の発明は、電源装置の出力端子へ電気的に接続された情報通信装置と、前記電源装置の前記出力端子から電圧・電流を検出する検出装置と、前記情報通信装置へ接続され該情報通信装置の状況を監視する通信装置と、を備えた電源装置の簡易劣化判定装置であって、前記検出装置は、前記電源装置の電源投入の際に前記電源装置の前記出力端子の突入電流を測定し、該測定した突入電流に基づいて多項式を算出する算出部と、前記算出された多項式および前記情報通信装置のＩＤを前記通信装置に転送する情報転送部と、表示部とを備え、前記通信装置は、前記転送された前記情報通信装置のＩＤに対応する前記電源装置の所定の多項式を記憶部から抽出し、前記抽出した所定の多項式と前記転送された多項式との差分を算出し、該差分に基づいて比較結果を生成して前記表示部に転送する比較部とを備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、情報通信装置に電源供給する電源装置の劣化状況を簡易に判定することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる、電源装置の簡易劣化判定装置を示すブロック図である。本発明の一実施形態にかかる、ＡＣアダプタの出力側における、突入電流の変化、電圧立ち上がりの変化、インピーダンス曲線の変化、電流−電圧曲線の変化、を表す図である。本発明の一実施形態にかかる電源装置の簡易劣化判定方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（構成）
図１に本発明の一実施形態にかかる、電源装置の簡易劣化判定装置を示すブロック図を示す。ＡＣアダプタ（電源装置）１は、商用入力から電力を情報通信装置（負荷装置）２に供給する。情報通信装置２は、通信線を介して通信ＮＷ（Network）３に接続され、通信ＮＷ３は、通信線を介してセンタ装置（通信装置）４と接続されている。ＡＣアダプタ１を構成する部品には、アルミ電解コンデンサが使用されうる。

通信ＮＷ３は、情報通信装置２とセンタ装置４との間を通信線で接続されている。センタ装置４において、通信制御部４０１は、情報通信装置２から送信された情報を受信する。

本発明の一実施形態にかかる電源装置の簡易劣化判定装置は、ＡＣアダプタ１の電源投入の際にＡＣアダプタ１から出力される突入電流の変化を示す多項式、電圧立ち上がりの変化を示す多項式、インピーダンス曲線の変化を示す多項式、電流−電圧曲線の変化を示す多項式を算出する試験装置（検出装置）１１と、算出された結果と予め記憶された所定の多項式とを比較してＡＣアダプタ１の劣化状況を判定する判定部４１とを含む。所定の多項式とは、例えば、ＡＣアダプタ製造時の突入電流の変化、電圧立ち上がりの変化、インピーダンス曲線の変化、電流−電圧曲線の変化、のそれぞれの変化を示す多項式をいう。図１では、センタ装置４が判定部４１をさらに備えた構成になっている。

試験装置１１は、ＡＣアダプタ１の入力側の端子に接続された第１のスイッチ１１１と、情報通信装置２が接続されたＡＣアダプタ１出力端子に、接続された第２のスイッチと、第１のスイッチ１１１および第２のスイッチ１１２をON/OFF制御する制御部１１３と、ＡＣアダプタ１から情報通信装置２へ供給される電力の電圧・電流を計測し、計測された電圧・電流に基づいてアナログ信号を生成する計測部（算出部）１１４と、生成されたアナログ信号をデジタル信号（例えば突入電流の変化を示す多項式を含む計測情報）に変換するＡＤＣ（Analog-to-digital converter：アナログデジタル変換器）１１５と、変換されたデジタル信号を情報通信装置２に送信する通信部（情報転送部）１１６と、通信センタ４において生成された、ＡＣアダプタ１の劣化状況にかかる警告を受信し、ＡＣアダプタ１の劣化状況にかかる警告を表示する表示部１１７とを含む。

判定部４１は、情報通信装置２から計測情報を受信した通信制御部４０１により送信された計測情報を受信し、ＤＢ（database）４１２に格納された所定の多項式と計測情報を比較して差分を算出する第１の比較部４１１と、算出された差分が、設定部４１４で設定された閾値を超えた場合、ＡＣアダプタ１が劣化していると判定する第２の比較部４１３とを含む。

（動作）
図２に本発明の一実施形態にかかる電源装置の簡易劣化判定方法を示すフローチャートを示す。

ＡＣアダプタ１は、商用入力から供給されたＡＣ電力をＤＣ電力に変換して、変換したＤＣ電力を、ＤＣ給電線を通して情報通信装置２へ供給する。

制御部１１３は、第１のスイッチ１１１および第２のスイッチ１１２のON/OFFの制御を行い、計測部１１４にON/OFFのタイミングの信号を送信する（Ｓ１０１）。制御部１１３の指示命令に基づいて、第１のスイッチ１１１は、ＡＣアダプタ１への入力をON/OFF制御し、第２のスイッチ１１２は、情報通信装置２へのＡＣアダプタ１からの入力をON/OFF制御する。

計測部１１４は、ＡＣアダプタ１と情報通信装置２の間の電流、電圧を計測し、ＡＤＣ１１５を介して通信部１１６に計測情報を送信する（Ｓ１０２）。

通信部１１６は、受信した計測情報および情報通信装置２のＩＤ（例えばシリアルナンバー）を情報通信装置２に送信する（Ｓ１０３）。

情報通信装置２は、受信した計測情報および情報通信装置２のＩＤを、情報通信ＮＷ３を介してセンタ装置４の通信制御部４０１に転送する（Ｓ１０４）。

通信制御部４０１は、転送された計測情報および情報通信装置２のＩＤを第１の比較部４１１に入力する（Ｓ１０５）。

第１の比較部４１１は、ＤＢ４１２に格納された、情報通信装置２のＩＤに対応する所定の多項式（例えば、電源装置が製造された際の初期状態の突入電流を示す多項式）と入力された計測情報とを比較した差分を第２の比較部４１３に転送する（Ｓ１０６）。

第２の比較部４１３は、設定部４１４で設定された値を比較して、閾値を超える場合は劣化していると判定する（Ｓ１０７）。また、第２の比較部４１３は、判定した結果をＤＢ４１２に格納する。

通信制御部４０１は、通信ＮＷ３および情報通信装置２を介して試験部１１の表示部１１７に判定結果を送信する（Ｓ１０８）。

表示部１１７は、判定結果を表示する（Ｓ１０９）。

（原理）
図３（ａ）乃至図３（ｈ）に本発明の一実施形態にかかるＡＣアダプタ１の出力側における、突入電流の変化、電圧立ち上がりの変化、インピーダンス曲線の変化、電流−電圧曲線の変化、を表す。図３（ａ）乃至図３（ｈ）において実線がコンデンサ製造時の値を表し、点線がＡＣアダプタの劣化判定時の値を表す。

ＡＣアダプタ１の出力側に接続された第２のスイッチ１１２をＯＦＦしたままで、ＡＣアダプタ１の入力側に接続された第１のスイッチ１１１をＯＮした際の、図３（ａ）に突入電流の変化を示し、図３（ｂ）に電圧立ち上がりの変化を示し、図３（ｃ）にインピーダンス曲線の変化を示し、図３（ｄ）に電流−電圧曲線の変化を示す。図３（ａ）の縦軸に突入電流をとり、図３（ｂ）の縦軸に電圧をとり、図３（ｃ）の縦軸にインピーダンスをとる。図３（ａ）乃至図３（ｃ）の横軸に時間をとる。図３（ｄ）の縦軸に電圧をとり、横軸に電流をとる。

図３（ａ）に示す実線の曲線は、コンデンサ製造時の突入電流を表す曲線であり、図３（ａ）に示す点線の曲線は、ＡＣアダプタの劣化判定時の突入電流を表す曲線である。センタ装置４の第１の比較部４１１において、それぞれの曲線を多項式で表し、図３（ａ）に示す実線の曲線を示す多項式と、図３（ａ）に示す点線の曲線を示す多項式との差分を算定する。差分が閾値以上の場合、第２の比較部４１３においてＡＣアダプタ１が寿命であると判定する。

第１のスイッチ１１１をＯＮした後、第２のスイッチ１１２をＯＮした際の、図３（ｅ）に突入電流の変化を示し、図３（ｆ）に電圧立ち上がりの変化を示し、図３（ｇ）にインピーダンス曲線の変化を示し、図３（ｈ）に電流−電圧曲線の変化を示す。図３（ｅ）の縦軸に突入電流をとり、図３（ｆ）の縦軸に電圧をとり、図３（ｇ）の縦軸にインピーダンスをとる。図３（ｅ）乃至図３（ｇ）の横軸に時間をとる。図３（ｈ）の縦軸に電圧をとり、横軸に電流をとる。

以下に電源装置の簡易劣化判定装置の動作概要を示す。
（１）第１のスイッチ１１１をONして、ＡＣアダプタ１の出力側の突入電流の変化、電圧立ち上がりの変化、インピーダンス曲線の変化、電流−電圧曲線の変化を計測する。
（２）次に計測部１１４は、第２のスイッチ１１２をONしてＡＣアダプタ１の出力側の突入電流の変化、電圧立ち上がりの変化、インピーダンス曲線の変化、電流−電圧曲線の変化の計測を行い、それぞれ多項式に変換する。通信部１１６は、変換された多項式およびすべての計測データを情報通信装置２を介してセンタ装置４に転送する。
（３）センタ装置４にて転送された多項式と所定の多項式との比較をし、差分を算定する。差分をデータベースに格納する。
（４）差分を設定部４１４で設定された閾値と比較し、設定部４１４で設定された閾値を超えている場合はＡＣアダプタ１が劣化しているという警告を表示部１１７に転送する。

なお、ＡＣアダプタ１が劣化しているという警告を表示する表示部は、複数あってもよい。
別の実施形態において、ＡＣアダプタの劣化は、ＡＣアダプタを構成する部品例えばアルミ電解コンデンサの劣化に直接影響し、アルミ電解コンデンサは、劣化すると静電容量が低下する。よって、劣化したコンデンサにおいて電荷を蓄えることができる量が少なくなるので、ＡＣアダプタをＯＮした際に発生する突入電流の量は、アルミ電解コンデンサの製造時に比して低下すると考えられる。例えば、図３（ａ）に示す突入電流の変化を表す曲線において、ＡＣアダプタのアルミ電解コンデンサが劣化したときの突入電流のピーク値（i）は、ＡＣアダプタのアルミ電解コンデンサの製造時の突入電流のピーク値（ii）より低くなる。ピーク値（ii）とピーク値（i）との差分を第１の比較部４１１において計算し、差分が閾値以上の場合、第２の比較部４１３においてＡＣアダプタ１が寿命であると判定してもよい。

本実施形態によれば、情報通信装置に電源供給する電源装置の劣化状況を簡易に判定することが可能となる。

１ＡＣアダプタ
２情報通信装置
３通信ＮＷ
４センタ装置
１１試験装置
４１判定部
１１１第１のスイッチ
１１２第２のスイッチ
１１３制御部
１１４計測部
１１５ＡＤＣ
１１６通信部
１１７表示部
４０１通信制御部
４１１第１の比較部
４１２ＤＢ
４１３第２の比較部
４１４設定部

Claims

電源装置の出力端子へ電気的に接続された情報通信装置と、前記電源装置の前記出力端子から電圧・電流を検出する検出装置と、前記情報通信装置へ接続され該情報通信装置の状況を監視する通信装置と、を備える電源装置の簡易劣化判定方法であって、
前記検出装置は、
前記電源装置の電源投入の際に前記電源装置の前記出力端子の突入電流を測定し、該測定した突入電流に基づいて多項式を算出し、
前記算出された多項式および前記情報通信装置のＩＤを前記通信装置に転送し、
前記通信装置は、
前記転送された前記情報通信装置のＩＤに対応する前記電源装置の所定の多項式を記憶部から抽出し、前記抽出した所定の多項式と前記転送された多項式との差分を算出し、該差分に基づいて比較結果を生成し、
前記比較結果を前記検出装置に転送することを特徴とする電源装置の簡易劣化判定方法。
電源装置の出力端子へ電気的に接続された情報通信装置と、前記電源装置の前記出力端子から電圧・電流を検出する検出装置と、前記情報通信装置へ接続され該情報通信装置の状況を監視する通信装置と、を備えた電源装置の簡易劣化判定装置であって、
前記検出装置は、
前記電源装置の電源投入の際に前記電源装置の前記出力端子の突入電流を測定し、該測定した突入電流に基づいて多項式を算出する算出部と、
前記算出された多項式および前記情報通信装置のＩＤを前記通信装置に転送する情報転送部と、
表示部とを備え、
前記通信装置は、
前記転送された前記情報通信装置のＩＤに対応する前記電源装置の所定の多項式を記憶部から抽出し、前記抽出した所定の多項式と前記転送された多項式との差分を算出し、該差分に基づいて比較結果を生成して前記表示部に転送する比較部と
を備えたことを特徴とする電源装置の簡易劣化判定装置。