JP6662226B2

JP6662226B2 - 溶着防止装置

Info

Publication number: JP6662226B2
Application number: JP2016141464A
Authority: JP
Inventors: 孝明平澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2036-07-19
Also published as: JP2018014175A

Description

本発明は、溶着防止装置に関する。

従来、負荷に対する交流電圧の供給／停止を制御するためにリレーを使用することが知られている。例えば特許文献１には、リレー接点の溶着を検出して防止するための技術が開示されている。

しかし、特許文献１に開示された技術では、半波整流方式により整流された電圧に基づいて、リレー接点の溶着を検出していたために電圧検出に遅れが生じ、リレー接点の溶着を正確に検出できないという問題がある。

本発明は、リレー接点の溶着を正確に検出可能な溶着防止装置を提供す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、交流電圧を供給する電源の非接地側の第１の端子と、前記電源からの交流電圧が供給される負荷と、の間に設けられる開閉可能な第１のリレー、および、前記電源の接地側の第２の端子と、前記負荷と、の間に設けられる開閉可能な第２のリレーの溶着を防止するための溶着防止装置であって、前記第１の端子と前記第１のリレーとの間の経路上のノードと、前記負荷と前記第２のリレーとの間の経路上のノードと、の間に設けられ、交流電圧を全波整流するための第１の整流回路と、前記第２の端子と前記第２のリレーとの間の経路上のノードと、前記第１のリレーと前記負荷との間の経路上のノードと、の間に設けられ、交流電圧を全波整流するための第２の整流回路と、前記第１の整流回路により整流された電圧に基づき前記第１のリレーが溶着していると判断された場合は、その旨を出力する制御を行い、前記第２の整流回路により整流された電圧に基づき前記第２のリレーが溶着していると判断された場合は、その旨を出力する制御を行う出力部と、を備える。

本発明によれば、リレー接点の溶着を正確に検出できる。

図１は、第１の実施形態のシステムの構成の一例を示す図である。図２は、第１のメイク時間を説明するための図である。図３は、リレーのオン／オフ回数とメイク時間との関係を示す図である。図４は、第１の実施形態のシステムの動作例を示すフローチャートである。図５は、第２の実施形態のシステムの構成の一例を示す図である。図６は、第２の実施形態の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の切り替え手順を示すシーケンス図である。図７は、第２の実施形態のシステムの構成の一例を示す図である。図８は、第２の実施形態の第１の励磁信号および第２の励磁信号の制御例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る電源装置の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の溶着防止装置を含むシステム１００の構成の一例を示す図である。図１に示すように、システム１００は、電源１と、負荷２と、第１のリレー３と、第２のリレー４と、第１のブリッジダイオード５と、第２のブリッジダイオード６と、第１のフォトカプラ７と、第２のフォトカプラ８と、スイッチング素子（ＦＥＴ）９と、スイッチ素子（ＦＥＴ）１０と、電源線１１と、接地線１２と、抵抗１３と、抵抗１４と、制御回路１５と、コントローラ１６と、を備える。

電源１は、交流電圧（以下、「ＡＣ電圧」と称する場合がある）を供給する電源（ＡＣ電源）である。負荷２は、電源１からの交流電圧の供給を受けて動作する回路であり、例えばヒータ回路であってもよいし、例えば電源１から受電し、直流に変換して各部品に供給する役割を果たすＰＳＵ（Power Supply Unit）であってもよい。

第１のリレー３は、電源１の非接地側（Ｌ側）の第１の端子と、負荷２と、の間に設けられる開閉可能なリレーである。図１の例では、第１のリレー３は、スイッチング素子（接点）３０と、励磁コイル３１と、を含む。この例では、コントローラ１６からのリレー励磁信号により励磁コイル３１が励磁することによりスイッチング素子３０がオン状態に遷移し、電源１の第１の端子と負荷２とが導通する（電源１の第１の端子と負荷２とを繋ぐ経路が形成される）。

第２のリレー４は、電源１の接地側（Ｎ側）の第２の端子と、負荷２と、の間に設けられる開閉可能なリレーである。図１の例では、第２のリレー４は、スイッチング素子（接点）４０と、励磁コイル４１と、を含む。この例では、コントローラ１６からのリレー励磁信号により励磁コイル４１が励磁することによりスイッチング素子４０がオン状態に遷移し、電源１の第２の端子と負荷２とが導通する（電源１の第２の端子と負荷２とを繋ぐ経路が形成される）。なお、以下の説明では、第１のリレー３と第２のリレー４を互いに区別しない場合は単に「リレー」と称する場合がある。

第１のブリッジダイオード５は、「第１の整流回路」の一例であり、電源１の第１の端子と第１のリレー３との間の経路上のノードａと、負荷２と第２のリレー４との間の経路上のノードｄと、の間に設けられ、交流電圧を全波整流する。第２のブリッジダイオード６は、「第２の整流回路」の一例であり、電源１の第２の端子と第２のリレー４との間の経路上のノードｂと、第１のリレー３と負荷２との間の経路上のノードｃと、の間に設けられ、交流電圧を全波整流する。

第１のフォトカプラ７は、「第１の検知回路」の一例であり、第１のブリッジダイオード５により整流された電圧を検知し、二次側に伝達する。この例では、第１のフォトカプラ７は、発光素子７０と受光素子７１とを含み、入力された電気信号を発光素子７０によって光に変換し、その光を受光素子７１に送ることにより信号を伝達する。この例では、第１のブリッジダイオード５により整流された電圧は抵抗１７にて調整されて発光素子７０に入力される。発光素子７０で変換された光に応じて受光素子７１で発生する電圧（以下、「第１の検知信号」と称する場合がある）は、スイッチング素子９のゲートに供給される。

図１の例では、電源電圧ＶＤ（一例として２４Ｖ）が供給される電源線１１と、接地電圧（ＧＮＤ）が供給される接地線１２との間に、抵抗１３およびスイッチング素子９が直列に接続される。そして、第１の検知信号がスイッチング素子９のゲートに供給されてスイッチング素子９がオンになると、電源電圧から、抵抗１３による電圧降下分を差し引いた電圧（スイッチング素子９のＯＮ電圧に相当）が、第１のリレー３が導通したことを示す第１のメイク信号として制御回路１５に入力される。制御回路１５は、第１のメイク信号を検知することで、第１のリレー３が導通したことを検知できる。制御回路１５は、第１のメイク信号を検知することで、第１のフォトカプラ７により電圧が検知されたタイミングを検知することができる。

第２のフォトカプラ８は、「第２の検知回路」の一例であり、第２のブリッジダイオード６により整流された電圧を検知し、二次側に伝達する。この例では、第２のフォトカプラ８は、発光素子８０と受光素子８１とを含み、入力された電気信号を発光素子８０によって光に変換し、その光を受光素子８１に送ることにより信号を伝達する。この例では、第２のブリッジダイオード６により整流された電圧は抵抗１８にて調整されて発光素子８０に入力される。発光素子８０で変換された光に応じて受光素子８１で発生する電圧（以下、「第２の検知信号」と称する場合がある）は、スイッチング素子１０のゲートに供給される。

図１の例では、電源電圧ＶＤ（２４Ｖ）が供給される電源線１１と、接地電圧（ＧＮＤ）が供給される接地線１２との間に、抵抗１４およびスイッチング素子１０が直列に接続（抵抗１３とスイッチング素子９との接続体とは並列に接続）される。そして、第２の検知信号がスイッチング素子１０のゲートに供給されてスイッチング素子１０がオンになると、電源電圧から、抵抗１４による電圧降下分を差し引いた電圧（スイッチング素子１０のＯＮ電圧に相当）が、第２のリレー４が導通したことを示す第２のメイク信号として制御回路１５に入力される。制御回路１５は、第２のメイク信号を検知することで、第２のリレー４が導通したことを検知できる。制御回路１５は、第２のメイク信号を検知することで、第２のフォトカプラ８により電圧が検知されたタイミングを検知することができる。

制御回路１５は、「出力部」の一例であり、第１のブリッジダイオード５により整流された電圧に基づき第１のリレー３が溶着していると判断された場合は、その旨を出力する制御を行い、第２のブリッジダイオード６により整流された電圧に基づき第２のリレー４が溶着していると判断された場合は、その旨を出力する制御を行う。

また、制御回路１５は、「第１の判定部」の一例であり、第１のフォトカプラ７により電圧が検知されたタイミングと、第１のリレー３を閉じるためのリレー励磁信号（第１の励磁信号）が出力されたタイミングと、の差分を示す第１の差分（以下、「第１のメイク時間」と称する場合がある）が第１の閾値以上の場合は、第１のリレー３の溶着を判定する。この例では、制御回路１５は、第１のメイク時間が初期値に比べて２０％悪化した場合は、第１のリレー３の溶着を判定する。つまり、初期値の１．２倍の値が「第１の閾値」に相当するが、これに限られるものではない。後述するように、この例では、初回〜１０回目までの第１のメイク時間の平均値が初期値となる。

また、制御回路１５は、「第２の判定部」の一例であり、第２のフォトカプラ８により電圧が検知されたタイミングと、第２のリレー４を閉じるためのリレー励磁信号（第２の励磁信号）が出力されたタイミングと、の差分を示す第２の差分（以下、「第２のメイク時間」と称する場合がある）が第２の閾値以上の場合は、第２のリレー４の溶着を判定する。この例では、制御回路１５は、第２のメイク時間が初期値に比べて２０％悪化した場合は、第２のリレー４の溶着を判定する。つまり、初期値の１．２倍の値が「第２の閾値」に相当するが、これに限られるものではない。後述するように、この例では、初回〜１０回目までの第２のメイク時間の平均値が初期値となる。なお、以下の説明では、第１のメイク時間と第２のメイク時間を区別しない場合は、単に「メイク時間」と称する場合がある。

制御回路１５は、第１のリレー３が溶着していると判断した場合は、その旨を示す情報（アーニング）をコントローラ１６に通知する。同様に、第２のリレー４が溶着していると判断した場合は、その旨を示す情報（アーニング）をコントローラ１６に通知する。また、制御回路１５は、第１のリレー３のオン／オフの回数、および、第２のリレー４のオン／オフの回数を管理する。コントローラ１６は、リレー励磁信号の出力を制御する。コントローラ１６は、制御回路１５から通知されたアーニングを出力する制御を行う。出力の形態は任意であり、例えば画像出力であってもよいし音声出力であってもよい。この例では、コントローラ１６が「出力部」として機能すると考えることもできるし、制御回路１５が「出力部」として機能すると考えることもできるし、制御回路１５とコントローラ１６との組み合わせが「出力部」として機能すると考えることもできる。

ここでは、第１のブリッジダイオード５と、第２のブリッジダイオード６と、第１のフォトカプラ７と、第２のフォトカプラ８と、スイッチング素子９と、スイッチング素子１０と、制御回路１５と、を少なくとも含む回路群が「溶着防止装置」に対応していると考えることができる。

次に、図２を用いて、第１のメイク時間について説明する。なお、第２のメイク時間についても同様に考えることができる。ＡＣ電圧が通電している状態で、コントローラ１６はリレー励磁信号を出力する。これにより、リレー励磁信号は励磁コイル３１に入力されるとともに制御回路１５にも入力される。励磁コイル３１が励磁されてスイッチング素子３０がオン状態に遷移すると、第１のブリッジダイオード５はＡＣ電圧を全波整流し、その整流された電圧は抵抗１７にて調整されて第１のフォトカプラ７に入力される。そして、第１のフォトカプラ７は第１の検知信号を生成し、スイッチング素子９のゲートに供給する。スイッチング素子９がオンになると、電源電圧ＶＤから、抵抗１３による電圧降下分を差し引いた電圧（スイッチング素子９のＯＮ電圧に相当）が第１のメイク信号として制御回路１５に入力される。制御回路１５は、第１のメイク信号が制御回路１５に入力されたタイミングと、リレー励磁信号が制御回路１５に入力されたタイミングとの差分を第１のメイク時間として算出する。第１のリレー３の接点が劣化すると、図２に示すように第１のメイク時間が長くなる。この例では、制御回路１５は、第１のメイク時間が初期値に比べて２０％悪化した場合は、溶着していると判断（溶着の可能性が大きいと判断）し、アーニングをコントローラ１６へ出力する。

図３に示すように、リレーのオン／オフ回数が増えるとメイク時間が長くなる。入力電圧条件が同じ場合、接点の劣化はオン／オフ回数に比例しながら悪化する。ここでは、メイク時間が、初期値（１００％）よりも２０％だけ長くなると、溶着可能性が「大」と判断する。メイク時間を測定し続けることで、図３のように溶着のおそれのあるリレーのオン／オフ回数を予測することが可能になる。

次に、図４を用いて、第１のリレー３の溶着を検出する場合のシステム１００の動作例を説明する。なお、第２のリレー４の溶着を検出する場合についても同様に考えることができる。図４に示すように、まずコントローラ１６は、リレー励磁信号を出力する（ステップＳ１）。これにより、第１のリレー３のスイッチング素子３０がオン状態に遷移し、電源１の第１の端子と負荷２とが導通する。第１のブリッジダイオード５は、電源１から供給される交流電圧を全波整流する（ステップＳ２）。そして、第１のフォトカプラ７は、第１のブリッジダイオード５により整流された電圧を検知し、二次側に伝達する。これにより、上述したようにして第１のメイク信号が制御回路１５に入力される（ステップＳ３）。

制御回路１５は、ステップＳ３で入力された第１のメイク信号を受け付けたタイミングと、ステップＳ１で入力されたリレー励磁信号を受け付けたタイミングとの差分から、第１のメイク時間を算出する（ステップＳ４）。次に、制御回路１５は、第１のリレー３のオン／オフ回数が１０回以下であるか否かを確認する（ステップＳ５）。ステップＳ５の結果が肯定の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御回路１５は、それまでの（最大１０回までの）第１のメイク時間の平均値を初期値として算出する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ５の結果が否定の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ４で算出した第１のメイク時間が初期値の１．２倍（第１の閾値）以上であるか否かを確認する（ステップＳ７）。ステップＳ７の結果が否定の場合（ステップＳ７：Ｎｏ）は、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。ステップＳ７の結果が肯定の場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、制御回路１５はコントローラ１６へアーニングを通知し、この通知を受けたコントローラ１６はアーニングを出力する（ステップＳ８）。

以上に説明したように、本実施形態では、全波整流方式により整流された電圧（第１のブリッジダイオード５または第２のブリッジダイオード６により整流された電圧）に基づいてリレー接点の溶着を検出しているので、電圧検出に遅れが生じることを抑制することができる。これにより、リレー接点の溶着を正確に検出できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。上述の第１の実施形態と共通する部分については適宜に説明を省略する。図５は、本実施形態のシステム２００の構成の一例を示す図である。本実施形態では、コントローラ１６は、第１のリレー３の励磁コイル３１を励磁するための励磁信号（第１の励磁信号）と、第２のリレー４の励磁コイル４１を励磁するための励磁信号（第２の励磁信号）を個別に出力する。つまり、第１のリレー３の接点をメイク（スイッチング素子３０を閉じて導通）する時間と、第２のリレー４の接点をメイク（スイッチング素子４０を閉じて導通）する時間とを個別に制御することができる。

いま、上述の第１の実施形態において、第１のメイク時間が第２のメイク時間よりも短い場合を想定する。この場合、図６に示すように、同じタイミングで第１のリレー３と第２のリレー４を励磁すると、第１のリレー３の方が先に閉じるため、第２のリレー４の方には電気ストレスが印加されることになる。つまり、第１のリレー３と第２のリレー４を同じタイミングで励磁し続けると、メイク時間の長い第２のリレー４に電気ストレスが印加され続け、接点（スイッチング素子）が劣化していく。

そこで、本実施形態では、コントローラ１６は、第１のリレー３および第２のリレー４を閉じる場合、前回において閉じたタイミングが後であった方のリレーが閉じるタイミングが先になるよう、第１の励磁信号および第２の励磁信号を制御する。この例では、コントローラ１６は「制御部」として機能する。

例えば上述したように、第１のメイク時間が第２のメイク時間よりも短い場合を想定する。初回においては、図７に示すように、コントローラ１６は、第１の励磁信号と第２の励磁信号を同じタイミングで出力する。そして、次回以降は、第１のリレー３および第２のリレー４を閉じる場合、前回において閉じたタイミングが後であった方のリレーの閉じるタイミングが先になるよう、第１の励磁信号および第２の励磁信号を制御する。例えば初回においては、図７に示すように、第２のリレー４が閉じたタイミングは、第１のリレー３が閉じたタイミングよりも後なので、２回目においては、コントローラ１６は、第２のリレー４が閉じるタイミングが先になるよう、第１の励磁信号および第２の励磁信号を出力するタイミングを制御する（図８参照）。これにより、電気ストレスが一方のリレーに集中することを回避し、接点寿命を延長することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１電源
２負荷
３第１のリレー
４第２のリレー
５第１のブリッジダイオード
６第２のブリッジダイオード
７第１のフォトカプラ
８第２のフォトカプラ
９スイッチング素子
１０スイッチング素子
１１電源線
１２接地線
１３抵抗
１４抵抗
１５制御回路
１６コントローラ
３０スイッチング素子
３１励磁コイル
４０スイッチング素子
４１励磁コイル
１００システム
２００システム

特開２００９−１６８４０４号公報

Claims

交流電圧を供給する電源の非接地側の第１の端子と、前記電源からの交流電圧が供給される負荷と、の間に設けられる開閉可能な第１のリレー、および、前記電源の接地側の第２の端子と、前記負荷と、の間に設けられる開閉可能な第２のリレーの溶着を防止するための溶着防止装置であって、
前記第１の端子と前記第１のリレーとの間の経路上のノードと、前記負荷と前記第２のリレーとの間の経路上のノードと、の間に設けられ、交流電圧を全波整流するための第１の整流回路と、
前記第２の端子と前記第２のリレーとの間の経路上のノードと、前記第１のリレーと前記負荷との間の経路上のノードと、の間に設けられ、交流電圧を全波整流するための第２の整流回路と、
前記第１の整流回路により整流された電圧に基づき前記第１のリレーが溶着していると判断された場合は、その旨を出力する制御を行い、前記第２の整流回路により整流された電圧に基づき前記第２のリレーが溶着していると判断された場合は、その旨を出力する制御を行う出力部と、を備える、
溶着防止装置。
前記第１の整流回路により整流された電圧を検知する第１の検知回路と、
前記第２の整流回路により整流された電圧を検知する第２の検知回路と、
前記第１の検知回路により電圧が検知されたタイミングと、前記第１のリレーを閉じるための第１の励磁信号が出力されたタイミングと、の差分を示す第１の差分が第１の閾値以上の場合は、前記第１のリレーの溶着を判定する第１の判定部と、
前記第２の検知回路により電圧が検知されたタイミングと、前記第２のリレーを閉じるための第２の励磁信号が出力されたタイミングと、の差分を示す第２の差分が第２の閾値以上の場合は、前記第２のリレーの溶着を判定する第２の判定部と、をさらに備える、
請求項１に記載の溶着防止装置。
前記第１のリレーおよび前記第２のリレーを閉じる場合、前回において閉じたタイミングが後であった方のリレーが閉じるタイミングが先になるよう、前記第１の励磁信号および前記第２の励磁信号を制御する制御部をさらに備える、
請求項２に記載の溶着防止装置。
前記第１の整流回路および前記第２の整流回路の各々はブリッジダイオードである、
請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の溶着防止装置。