JP6345479B2 - 電源検査装置および電源検査方法 - Google Patents
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Description
スイッチング電源の劣化診断に当たっての測定項目としては、電源の電圧、電源のリップルを測定する場合が多い。このような測定に当たっては、通常、オシロスコープ等の波形を確認する装置を利用するが、このような装置では、以下の問題点がある。
(問題点1)測定装置が大きく、持ち運びが困難な点
(問題点2)測定装置がAC100Vの商用電源やUSB電源等で動作するため、電源が確保し難い現場での測定が困難な点
(問題点3)プローブ配線が長く、測定系に電磁ノイズが入りやすく、電源リップルとのS/N比が低くなり、測定精度が下がる点
本発明に係る電源検査装置および電源検査方法は、短時間、かつ省電力でDC電源の劣化診断を行うことで、診断対象であるDC電源自体から供給される電源を利用することを可能としている点を技術的特徴としている。そして、このような技術的特徴を有することで、内部電源を不要にできるとともに、短時間測定を実現して発熱を抑えることにより、ヒートシンク等の放熱機構も不要となる。この結果、電源検査装置を小型化できるとともに、外部電源が供給できないような種々の設置環境においても、DC電源の劣化診断を迅速かつ容易に実現できる。
図1は、本発明の実施の形態1における電源検査装置のブロック図である。本実施の形態1における電源検査装置1は、測定回路部10、切り替えスイッチ20、内部電源レギュレータ30、条件設定部40、表示部50、USBドライバ60、測定端子71、外部電源入力端子72、および外部出力端子73を備えて構成されている。
測定端子71とDC電源2の出力部を測定プローブ2aにより電気的に接続することで、測定端子71より入力された電力に基づくDC電源2の劣化診断を行うとともに、この入力された電力を測定回路部10の駆動用の電力として利用する。ここで、診断対象であるDC電源2の出力電圧の範囲は、+5V〜50V程度の範囲のものが多いと考えられる。そこで、本実施の形態1では、特に、5V〜48VのDC電源の劣化診断を行う場合について説明する。
(変換方式1)3端子レギュレータを用いて、広範囲なDC入力電圧を5Vに変換する(図1に示した内部電源レギュレータ30による動作に相当)。
(変換方式2)DCDCコンバータを用いて、広範囲なDC入力電圧を5Vに変換する。
演算部14は、所定のサンプリング数としてメモリ13内に記憶されている診断用データについて、平均値を算出する。そして、演算部14は、算出した平均値が、規定の範囲電圧内であるか否かを判断し、平均値が、規定の範囲電圧外の場合には、DC電源2が劣化していると判断する。ここで、劣化診断の判定に使用した「規定の電圧範囲」は、条件設定部40により設定可能である。この診断1により、DC電源2の出力の安定度を定量的に診断可能となる。
演算部14は、所定のサンプリング数としてメモリ13内に記憶されている診断用データについて、最大値と最小値を算出するとともに、最大値と最小値の差分である電圧変動値をリップル電圧として算出する。そして、演算部14は、算出したリップル電圧が、所定閾値未満であるか否かを判断し、リップル電圧が、所定閾値以上の場合には、DC電源2が劣化していると判断する。ここで、劣化診断の判定に使用した「所定閾値」は、条件設定部40により設定可能である。
(1)内部電源を不要とすることによる小型化の実現
診断対象であるDC電源2から電力供給を受ける構成とすることで、電源検査装置1の内部に電源を備える必要がない。この結果、内部電源のためのスペースが不要となり、装置の小型化に寄与することとなる。
検査時間を短縮化することで、比較的消費電力の大きいADC12、FPGA15のような素子の動作時間を短くすることができる。このような短時間検査を行うことで、素子からの放熱量を抑えることができ、ヒートシンク等の放熱機構が不要となる。この結果、放熱機構のためのスペースが不要となり、装置の小型化に寄与することとなる。
本発明の診断対象であるDC電源2のスイッチング周波数は、100KHzを中心に、50KHz〜500KHzの場合が多い。また、スイッチングの際に発生するリップルのピーク電圧をA/D変換回路12で正確に測定するには、スイッチング周波数の1000倍程度のサンプリングレートが必要である。電源のリップルは、スイッチングした瞬時のみに発生する場合もあるからである。
・DC電源2の出力電圧は、5V
・電源内部の出力側コンデンサは、100μF
・ESRは、0.1Ω
・コンデンサへの充電回路のインピーダンスは、0.1Ω
・20Ωの負荷に電力を供給
(条件1)診断対象となるDC電源2の電圧
(条件2)診断用のサンプリングレートと、サンプリング数
(条件3)診断1に用いる「規定の電圧範囲」、および診断2に用いる「所定閾値」
なお、条件設定部40にロータリースイッチを用いる場合には、条件1〜3を組合せた条件と、ロータリースイッチの番号とを対応づけたテーブルを、あらかじめメモリ内に格納しておくことで、適切な条件設定を切り替え可能となる。
Claims (7)
- ダイオードおよびコンデンサを利用した整流回路によりAC電源をスイッチングにより整流することで目的のDC電圧を電源電圧として出力するDC電源の劣化診断を行う電源検査装置であって、
診断対象である前記DC電源の電源電圧を測定する測定端子と、
前記測定端子を介して前記診断対象である前記DC電源から給電される電力を電源として稼働することで前記劣化診断を行う測定回路部と
を備え、
前記測定回路部は、
前記測定端子から入力された前記DC電源の電源電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換回路と、
所定期間サンプリングすることで前記アナログ・デジタル変換回路から得られる複数のデジタル信号に基づいて、前記コンデンサの劣化に伴う前記DC電源の劣化の有無を判定する演算部と
を有する電源検査装置。 - 請求項1に記載の電源検査装置において、
前記測定回路部は、前記複数のデジタル信号を記憶するメモリをさらに有し、
前記演算部は、前記劣化診断の開始時に前記アナログ・デジタル変換回路の動作を開始させ、前記所定期間サンプリングして取得した前記複数のデジタル信号を前記メモリに記憶させた後に、前記アナログ・デジタル変換回路の動作を停止させる
電源検査装置。 - 請求項1または2に記載の電源検査装置において、
前記演算部は、前記複数のデジタル信号の平均値が所定範囲内であり、かつ、前記複数のデジタル信号の最大値と最小値の差が、所定閾値未満の場合に、前記DC電源が劣化していないと判断する
電源検査装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の電源検査装置において、
前記測定回路部を稼働させるための電源として、前記DC電源以外の外部DC電源の電源電圧および前記DC電源の電源電圧のいずれか一方を選択切り換え可能なスイッチ
をさらに備える電源検査装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の電源検査装置において、
一端が前記測定端子に接続されるとともに、他端が前記診断対象である前記DC電源の電源端子と嵌合する形状を有する測定プローブ
をさらに備える電源検査装置。 - 請求項5に記載の電源検査装置において、
前記測定プローブは、前記診断対象である前記DC電源の電源端子がビスの場合には、前記他端が、電源端子間距離と同じ幅に並べられたスプリングプローブとして形成されている
電源検査装置。 - ダイオードおよびコンデンサを利用した整流回路によりAC電源をスイッチングにより整流することで目的のDC電圧を電源電圧として出力するDC電源の前記電源電圧を測定する測定端子と、
前記測定端子を介して診断対象である前記DC電源から給電される電力を電源として稼働することで前記コンデンサの劣化に伴う前記DC電源の劣化診断を行う測定回路部と
を備えた電源検査装置で実行される電源検査方法であって、
前記測定回路部において、
前記測定端子を介して前記電力が供給されることで、前記劣化診断を開始するステップと、
アナログ・デジタル変換回路を用いて、前記測定端子から入力された前記DC電源の電源電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換する変換ステップと、
所定期間サンプリングすることで前記アナログ・デジタル変換回路から得られる複数のデジタル信号をメモリに記憶させるステップと、
前記複数のデジタル信号が前記メモリに記憶された後に前記アナログ・デジタル変換回路の動作を停止させるステップと、
前記メモリに記憶された前記複数のデジタル信号の平均値が所定範囲内であり、かつ、前記スイッチングに伴って発生するリップル電圧に相当する値として算出される前記複数のデジタル信号の最大値と最小値の差が所定閾値未満の場合に、前記DC電源が劣化していないと判断するステップと
を備える電源検査方法。
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