JPS6381277A - 平滑用コンデンサの寿命検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 、この発明は、交流電圧を整流して直流電圧を得るよう
構成した電源装置における平滑回路に使用される平滑用
コンデンサの寿命検出装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、交流電圧を直流電圧に変換する電源回路を構成
する場合、直流出方電圧の平滑を行うため、チョークコ
イルやコンデンサが使用される。この場合、コンデンサ
は大容量であることが要求され、通常電解コンデンサが
使用される。

また、安定化電源装置として、装置の小形化および出力
電圧の制御時における損失の低減等が可能なことから、
直流電圧をオン・オフ動作することにより出力電圧を制
御するスイッチングレギュレータが普及されている。

このスイッチングレギュレータは、一般に直流入力電圧
を交流に変換し、任意の電圧に変圧した後整流して直流
出力電圧を得るＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。こ
のように構成されるスイッチングレギュレータにおいて
も、直流出力の平滑を行うため、安価でしかも大容量の
得られる電解コンデンサが使用されている。

このように、今日における安定化電源は、スイッチング
レギュレータに代表されるようにその信頼性が高められ
ているが、反面電解コンデンサは依然として化学的変化
を生じるものであって経時的劣化を回避することができ
ず、その寿命に従って定期的に交換を行わなければなら
ないという不便がある。

一般に、コンデンサの劣化状態は、経時的な静電容量の
低下に伴い、誘電正接（ｔａｎδ）および等価直列抵抗
（ＥＳＲ）もしくは漏れ電流の増加特性として現われる
ことが知られている。しかしながら、コンデンサのこれ
らの劣化特性を検出するには、コンデンサを回路から取
外して個々に測定を行う必要があり、多くの手間と時間
とを要するばかりでなく、回路動作を一時停止しなけれ
ばならないという不都合がある。

このような観点から、従来よりこの種のコンデンサの劣
化状態を検出する手段として、コンデンサの内部損失の
増大によって生じる発熱やこれに伴うコンデンサの内部
機構もしくは外装体の機械的変形を検出することにより
、コンデンサが劣化破損に至る危険な状態　　　　　′
を事前に検知して回路の遮断等の保安動作を行う保護方
式が種々提案されている（例えば、特開昭５７−９２２
６号公報、特開昭５９−８９５２１号公！ｌり。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した従来のコンデンサにおける劣化検出方法は、コ
ンデンサの過熱状態やコンデンサの構成部材の変形等を
検出するため、コンデンサの劣化状態が相当進行した状
態であり、この間にコンデンサの電気的緒特性は極めて
悪化しており、信頼性の高い電源回路に与える悪影響は
極めて大きい。

そこで、本発明者等は、電解コンデンサの劣化に伴いコ
ンデンサの等価直列抵抗が増加することに着目し、鋭意
研究を重ねた結果、交流電圧もしくはパルス電圧を整流
して得られるリップル分を含む直流電圧に対し、コイル
とコンデンサからなる平滑回路を介して負荷に平滑され
た直流電圧を供給するよう構成した電源装置において、
前記平滑回路のコンデンサに正常晶と劣化品とを使用し
た場合における負荷電流の変化に対する前記コイルでの
リップル電流と前記コンデンサのリップル電流の変化を
測定したところ、コイルのリップル電流には殆んど変化
が認められず、コンデンサのリンプル電流につき劣化品
を使用した際には負荷電流の増加に伴って著しく低下す
ることを突き止めた。すなわち、コンデンサの劣化はコ
ンデンサのリップル電流の低下をピックアップコイル等
を使用して検出することにより、コンデンサの電気的特
性の劣化状態を適正に判別してその寿命検出を回路動作
中において簡便に行うことができることが判った。また
、このことはコンデンサの等価直列抵抗の増加に伴うリ
ップル電圧の増大として捉えることができる。

従って、本発明の目的は、平滑用コンデンサのリップル
電流または電圧を監視してその変化を検出することによ
り、動作状態にあるコンデンサの劣化を容易に判別する
ことができる平滑用コンデンサの寿命検出装置を提供す
るにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る平溝用コンデンサの寿命検出装置は、交流
電圧またはパルス電圧を整流して得られたリップル分を
含む直流電圧が平滑用コンデンサを含む平滑回路に供給
され、平滑された電圧を負荷に供給するよう精成した電
源回路において、前記平滑用コンデンサにおけるリップ
ル電流または電圧を取出す検出回路と、正常な平滑用コ
ンデンサのリップル電流値または電圧値を基準値として
設定し前記検出回路で検出されたリップル電流または電
圧を入力して前記基準値と比較すると共に前記平滑用コ
ンデンサの劣化状態を示す比較出力を取出す比較回路と
を備えたことを特徴とする。

前記の平滑用コンデンサの寿命検出装置において、平滑
回路にインダクタンス素子を設けてこの素子を流れるリ
ップル電流を取出す第１の電流検出回路と、平滑用コン
デンサを流れるリップル電流を取出す第２の電流検出回
路とを備え、前記第１の電流検出回路で検出される値を
基準値として設定し、前記第２の電流検出回路で検出さ
れる値を入力して前記基準値と比較するよう比較回路を
構成することもできる。

〔作用〕

本発明に係る平滑用コンデンサの寿命検出装置によれば
、交流電圧等を整流して得られたリップル分を含む直流
電圧を平滑用コンデンサを介して平滑し負荷に供給する
よう構成した場合、前記平滑用コンデンサに流れるリッ
プル電流またはそのリップル電圧を回路に影響を与えな
いように設けた電流または電圧検出回路で検出して常時
これを監視することにより、平滑用コンデンサの劣化状
態が進行するに伴い、正常の平滑用コンデンサに比べて
リップル電流の値が次第に低下することまたはリップル
電圧の値が次第に増加することから、この状態を電気的
に判別することにより、平滑用コンデンサをその使用状
態のままで適正な寿命検出を達成することができる。

なお、この場合、平滑用コンデンサと共にインダクタン
ス素子を設け、この素子に流れるリップル電流を検出し
てこれを基準値とし、前記平滑用コンデンサのリップル
電流と比較することにより、平滑用コンデンサの劣化状
態の電気的な判別精度を高めることができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る平滑用コンデンサの寿命検出装置の
実施例につき添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。

第４図は、本発明に係る平滑用コンデンサの寿命検出装
置の原理を示すものであって、スイッチングレギュレー
タの典型的な回路構成を示すものである。すなわち、第
４図において、参照符号１０は直流電源、１２は電圧変
成器、１４はスイッチング素子、１６．１８．２０はダ
イオード、２２は平滑用コイル、２４は平滑用コンデン
サ、２６は負荷をそれぞれ示し、フォワード形コンバー
タとして構成されたものである。

このように構成されたスイッチングレギュレータは、直
流電源１０により供給される直流電圧Ｅ１をスイッチン
グ素子１４によってパルス電圧を得、このパルス電圧を
変成器１２を介して所定の電圧値に変換し、さらにこの
パルス電圧をダイオード１８．２０によって整流すると
共に平滑用コイル２２および平滑用コンデンサ２４によ
り平滑して負荷２６に供給するよう動作する。

そこで、本発明においては、前記構成からなる電源回路
において、平滑用コンデンサ２４および平滑用コイル２
２に対し、それぞれ個別に流れるリップル電流を検出す
るためのピックアンプコイル等からなる電流検出器２８
．３０を設ける。この場合、第４図に示す回路において
、スイッチング素子１４のオン状態およびオフ状態の時
における等価回路を示せば、第５図および第６図に示す
通りである。なお、第５図および第６図における各素子
の内容は次の通りである。

Ｅｉ：入力電圧　　　Ｅｏ：出力電圧 Ｃ：平滑用コンデンサ２４のキャパシタンスし　：平滑
用コイル２２のインダクタンスＲＬ、：負荷抵抗 ■Ｄ２：ダイオード１８の順方向等価電圧源Ｖｒ）３：
ダイオード２０の順方向等価電圧源ｒ１　：入力電源１
０の内部抵抗、スイッチング素子１４のオン状態での抵
抗および 変成器１２の一次側巻線抵抗の和 ｒ２　：ダイオード１８の内部抵抗、コイル２２の巻線
抵抗および変成器１２の二次側 巻線抵抗の和 ｒ、：ダイオード２０の内部抵抗とコイル２２の巻線抵
抗の和 ｒコニ平滑用コンデンサ２４の等価直流抵抗（Ｅ　Ｓ　
Ｒ） １、　　：平滑用コイル２２を流れる電流平均値■。：
負荷の電流平均値 ΔＩＬ、：平滑用コイル２２のリップル電流Δ■ｃ：平
滑用コンデンサ２４のリップル電流従って、前述した回
路構成において、平滑用コンデンサ２４として、容量４
４１．２μＦ、ＥＳＲ１０８，５ｍΩの正常品と、容量
３４５．７μＦ、ＥＳＩ？９９６．３ｍΩの劣化品につ
き、負荷電流Ｉ、に対する平滑用コイル２２および平滑
用コンデンサ２４のリップ／ｌｚ電流ΔＩＬ、’Δ■ｃ
を測定した結果、第７図（正常品）および第８図（劣化
品）に示すような特性が得られた。これらの測定結果か
ら、平滑用コンデンサ２４の劣化品については、平滑用
コイル２２のリップル電流Δ１ムについては殆んど変化
が見られないが、平滑用コンデンサ２４のリップル電流
ΔＩこ　については顕著な変化が認められた。なお、第
７図および第８図において、それぞれ実線で示す特性曲
線は、前記第５図および第６図に示す等価回路に基づい
て算出した計算値によるものである。また、第７図およ
び第８図に示す特性曲線は、フォワード形コンバータの
場合であるが、帰還を施した場合においても同様の特性
曲線が得られることが確認された。

また、本発明においては、第４図に示す回路によって検
出される平滑用コイル２２のリップル電流ΔＩＬ、と、
平滑用コンデンサ２４のリップル電流ΔＩＣとの差、す
なわち出力リップル電流を取り、ｒ−（ΔＩＬ−Δ■ご
）／Ｉｏ　　で定義される無次元量（出力リップル係数
という）を求めれば、負荷の影響を殆んど受けずにＥＳ
Ｈの大きさの程度を判別することができる。従′って、
この場合のＴ対■ｏ特性を示せば、第９図に示す通りで
ある。すなわち、第９図から明らかなように、負荷電流
ＩＱ−３Ａの場合、正常品ではγ＝０．８％であるのに
対し、劣化品ではγ＝６％程度の大きさとなり、平滑用
コンデンサの劣化状態を充分判別することができる。

次に、本発明に係る平滑用コンデンサの寿命検出装置の
具体的実施例について説明する。

なお、説明の便宜上第４図に示す回路と同一の構成部分
については同一の参照符号を付して説明する。

第１図は、本発明装置の一実施例を示すものであり、平
滑用コンデンサ２４を流れるリップル電流を取出す電流
検出器２８を設け、この電流検出器２８で検出されたリ
ップル電流を演算増幅器４０による電流・電圧変換回路
で電圧信号に変換する。この信号を演算増幅器４２．４
４からなる平均値検出回路に入れ、コンデンサのリップ
ル電流振幅に比例した直流電圧を取出す。この電圧を抵
抗Ｒ１を介して所要の電圧レベルとして比較器３２の一
方の入力端に入力するよう構成する。また、正常な平滑
コンデンサを使用した場合のリップル電流に基づく電圧
レベルを設定する基準電源３４を設け、この基準電源電
圧を適宜分圧抵抗Ｒ２，Ｒ。

を介して前記比較器３２の他方の入力端に基準電圧レベ
ルとして入力するよう構成する。従って、比較器３２で
は、前記基準電圧レベルと、平滑用コンデンサ２４の劣
化に伴うリップル電流の低下によって低減する電圧レベ
ルとの比較が行われ、その偏差が許容レベル以上となっ
た際に所定の出力信号を出力するよう設定する。この結
果、比較器３２の出力信号は、適宜スイッチング素子３
６をオン動作させて表示素子もしくは警報器３８を付勢
動作させることができる。なお、第１図において、参照
符号４６．４８はダイオードを示す。

第２図は、本発明装置の別の実施例を示すもので、平滑
用コンデンサ２４のリップル電圧をコンデンサＣ７によ
り出力電圧から取出し、演算増幅器４２．４４からなる
平均値検出回路に入れ、出力リップル電圧振幅に比例し
た直流電圧を取出す。この電圧を抵抗Ｒ１により所要の
電圧レベルとして取出してこれを比較器３２の一方の入
力端に入力するよう構成する。

また、この比較器３２の他方の入力端に入力する基準電
圧レベルは、第１図に示す実施例と同様に設定する。そ
の他の構成は、第１図に示す回路と同一であるすこのよ
うに構成することによっても、平滑用コンデンサ２４の
劣化によるリップル電圧が許容レベル以上となった際に
、比較器３２から所定の出力信号を出力し、表示素子も
しくは警報器３８を付勢動作させることができる。

第３図は、本発明装置のさらに別の実施例を示すもので
、平滑用コンデンサ２４を流れるリップル電流を取出す
第１の電流検出器２８と、平滑用コイル２２を流れるリ
ップル電流を取出す第２の電流検出器３０とを設け、こ
れらの電流検出器２８．３０で検出されたリップル電流
をそれぞれ演算増幅器４０．５０による電流・電圧変換
回路で電圧信号に変換する。これらの信号をそれぞれ演
算増幅器４２．４４または５２．５４からなる平均値検
出回路に入れ、それぞれリップル電流振幅に比例した直
流電圧を取出す。

これらの電圧をそれぞれ抵抗ＲＩｏ、Ｒユを介゛して所
要の電圧レベルとして、比較器３２の各入力端にそれぞ
れ入力するよう構成する。その他の構成は、第１図に示
す回路と同一である。なお、参照符号５６．５８はそれ
ぞれダイオードを示す。このように構成することにより
、平滑用コンデンサ２４の劣化に伴う平滑用コンデンサ
２４のリップル電流の低下によって低減する電圧レベル
を、前記平滑用コイル２２のリップル電流による電圧レ
ベルを基準値としてこれと比較することにより、その偏
差が許容レベル以上となった際に所定の出力信号を出力
し、表示素子もしくは警報器３８を付勢動作させること
ができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
平滑用コンデンサの経時的な劣化をこの平滑用コンデン
サに流れるリップル電圧またはそのリップル電圧を回路
に影響を与えない電流または電圧検出回路により常時監
視し、負荷電流の状態によって予め設定された正常な平
滑用コンデンサのリップル電流または電圧の値と比較し
、検出されるリップル電流または電圧の値が、著しく低
下または増大することで容易かつ簡便に平滑用コンデン
サの劣化を判別し、所要の警報動作を行うよう構成する
ことができる。

この場合、平滑用コンデンサに対しインダクタンス素子
を設けて、この素子に流れるリップル電流を検出して、
これを基準値とし、前記平滑用コンデンサを流れるリッ
プル電流との関係における出力リップル電流を求めるこ
とにより、平滑用コンデンサの劣化状態の判別をより確
実に行うことができる。

このようにして、本発明によれば、平滑用・コンデンサ
に対し特別な加工を施すことなく、平滑用コンデンサを
動作状態のままでその劣化を適正に検出することができ
るため、従来のような予測的部品交換等の煩雑な手間を
要せず、経済的にしかも能率的に劣化判別と部品交換と
を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明は前述した実施例に限定されることなく、例えば交流
電圧電源を変圧し、これを整流して得られるリップル分
を含む直流電圧をチョークインプット形平滑回路で平滑
するよう構成した電源回路における平滑用コンデンサに
ついての劣化状態を判別する寿命検出装置として広く応
用することができるばかりでなく、本発明の精神を逸脱
しない範囲内において種々の設計変更をなし得ることは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る平滑用コンデンサの寿命検出装置
の一実施例を示す回路図、第２図は本発明寿命検出装置
の別の実施例を示す回路図、第３図は本発明寿命検出装
置のさらに別の実施例を示す回路図、第４図は本発明に
係る平滑用コンデンサの寿命検出装置の原理を示すスイ
ッチングレギュレータの基本回路図、第５図および第６
図は第４図に示す回路のスイッチング素子のオン・オフ
動作時のそれぞれ等価回路図、第７図は第４図に示す回
路における平滑用コンデンサに正常品を使用した場合の
リップル電流と負荷電流との関係を示す特性曲線図、第
８図は平滑用コンデンサに劣化品を使用した場合の第７
図と同様の特性曲線図、第９図は平滑用コンデンサに正
常品と劣化品を使用した場合の出力リップル係数と負荷
電流との関係を示す特性曲線図である。 １０・・・直流電源　　　　１２・・・電圧変成器１４
・・・スイッチング素子 １６、１８，２０．４６，４８，５６．５８・・・ダイ
オード２２・・・平滑用コイル ２４・・・平滑用コンデンサ ２６・・・負荷　　　　　　２８・・・電流検出器３０
・・・電流検出器　　　３２・・・比較器３４・・・基
準電源　　　　３６・・・スイッチング素子３８・・・
表示素子（警報器） ４０．４２，４４．５０．５２．５４・・１演算増幅器
ＦＩｏ、４ ＦＩＯ，５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電圧またはパルス電圧を整流して得られたリ
   ップル分を含む直流電圧が平滑用コンデンサを含む平滑
   回路に供給され、平滑された電圧を負荷に供給するよう
   構成した電源回路において、前記平滑用コンデンサにお
   けるリップル電流または電圧を取出す検出回路と、正常
   な平滑用コンデンサのリップル電流値または電圧値を基
   準値として設定し前記検出回路で検出されたリップル電
   流または電圧を入力して前記基準値と比較すると共に前
   記平滑用コンデンサの劣化状態を示す比較出力を取出す
   比較回路とを備えたことを特徴とする平滑用コンデンサ
   の寿命検出装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の平滑用コンデンサの
   寿命検出装置において、平滑回路にインダクタンス素子
   を設けてこの素子を流れるリップル電流を取出す第１の
   電流検出回路と、平滑用コンデンサを流れるリップル電
   流を取出す第２の電流検出回路とを備え、前記第１の電
   流検出回路で検出される値を基準値として設定し、前記
   第２の電流検出回路で検出される値を入力して前記基準
   値と比較するよう比較回路を構成してなる平滑用コンデ
   ンサの寿命検出装置。