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技術 ACアダプタ劣化度判定装置およびそのシステム。

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 小野孝太郎鳥海陽平岡本健高谷和宏
出願日 2015年5月26日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2015-106382
公開日 2016年12月22日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2016-220495
状態 特許登録済
技術分野 電気的特性試験と電気的故障の検出 DC‐DCコンバータ
主要キーワード クランプタイプ 取り付け機 不規則振動 時間測定結果 デジタル入力ポート 修理者 瞬発的 確認頻度
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

ACアダプタに流入する電流および送出する電流から、ACアダプタの1次平滑コンデンサ劣化状態を判定するACアダプタ劣化度判定装置およびそのシステムを提供すること。

解決手段

AC電流導通時間測定部111、DC電流変化判定部113、コンデンサ等価直列抵抗値演算部112、劣化度推定部114を備えたマイコン110、AC電流検出部121、DC電流検出部122、および表示部130で構成される。AC電流導通時間測定部111が、AC電流導通時間を計測する。DC電流量変化判定部113は、DC電流量変化の有無を判定する。コンデンサ等価直列抵抗値演算部112では、AC電流導通時間からACアダプタ210の1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を導出する。ACアダプタ210の1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値と、DC電流量変化の有無とから、ACアダプタ210の劣化度を判定する。

概要

背景

スイッチング電源の1つであるAC−DCコンバータ(以下ACアダプタ)の劣化を測定する手法として、内部に測定機能を内蔵する方法と外部から電気特性観測する方法とがある。内部に測定機能を内蔵する方法は部品点数が増え、装置コストが上昇するため一般的なACアダプタには用いられていない。

外部から観測する手段としては例えば2次出力電圧重畳しているリップル電圧や、効率を測定する方法がある。ACアダプタにおいて最も劣化しやすい部品としてアルミ電解コンデンサがあるが、1次平滑コンデンサダイオードブリッジスイッチングトランスの間にあり、外部からコンデンサ静電容量や等価直列抵抗ESR)といった電気特性を確認することは難しい。1次平滑コンデンサの状態を確認する方法としては、出力電圧保持時間を測定するという手法がある。以下に1次平滑コンデンサと出力電圧保持時間の関係性を説明する。

一般的にACアダプタは交流電圧をダイオードブリッジで整流して1次平滑コンデンサに蓄積し、1次平滑コンデンサの直流電圧をスイッチングトランスで出力電圧に変換している。電力系統からの入力が遮断されるとき、出力電圧はすぐに低下せず、一定時間出力を保持する。これは、1次平滑コンデンサの充電電圧放電に伴い低下してゆくものの、スイッチング制御回路が定めた閾値を下回らない限りスイッチング動作が継続されるためである。

1次平滑コンデンサの充電電圧はコンデンサの静電容量が小さいほど早く低下する。このため経年劣化等の影響で1次平滑コンデンサの容量が低下していた場合、出力電圧保持時間は正常品に比べ短くなる。そこで出力電圧保持時間を測定し、あらかじめ準備しておいた変換式データベース情報に従って1次平滑コンデンサの静電容量を推定することが可能である。

EITAのスイッチング電源試験方法(AC−DC)には出力電圧保持時間測定方法が規定されている(非特許文献1参照)。

概要

ACアダプタに流入する電流および送出する電流から、ACアダプタの1次平滑コンデンサの劣化状態を判定するACアダプタ劣化度判定装置およびそのシステムを提供すること。AC電流導通時間測定部111、DC電流変化判定部113、コンデンサ等価直列抵抗値演算部112、劣化度推定部114を備えたマイコン110、AC電流検出部121、DC電流検出部122、および表示部130で構成される。AC電流導通時間測定部111が、AC電流導通時間を計測する。DC電流量変化判定部113は、DC電流量変化の有無を判定する。コンデンサ等価直列抵抗値演算部112では、AC電流導通時間からACアダプタ210の1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を導出する。ACアダプタ210の1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値と、DC電流量変化の有無とから、ACアダプタ210の劣化度を判定する。

目的

本発明の目的は、ACアダプタに流入する電流および送出する電流から、ACアダプタの1次平滑コンデンサの劣化状態を判定するACアダプタ劣化度判定装置およびそのシステムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

AC電源からACアダプタに流入するAC電流を測定する第1の電流測定部と、前記ACアダプタから負荷送出するDC電流量を測定する第2の電流測定部と、前記第1の電流測定部で測定されたAC電流値から、前記AC電源の交流波形の1周期中において有効電力が流れ始めてから流れ終わるまでのAC電流導通時間を測定するAC電流導通時間測定部と、前記AC電流導通時間から前記ACアダプタの1次平滑コンデンサ等価直列抵抗値を算出するコンデンサ等価直列抵抗値演算部と、前記第2の電流測定部で測定されたDC電流量からDC電流量の変化が予め定められたDC電流量変化閾値以上であるか否かを判定するDC電流量変化測定部と、前記DC電流量の変化が予め定められた大きさ未満の場合のみ、前記等価直列抵抗値から前記ACアダプタの劣化度推定結果を出力する劣化度推定部と、を備えたことを特徴とするACアダプタ劣化度推定装置

請求項2

前記コンデンサ等価直列抵抗値演算部は、前記AC電流導通時間と前記等価直列抵抗値とを関係付ける予め定められた関係式またはデータベースを用いて等価直列抵抗値を算出することを特徴とする請求項1記載のACアダプタ劣化度推定装置。

請求項3

前記劣化度推定部は、前記等価直列抵抗値と前記ACアダプタの劣化度とを関係付ける予め定められたデータベースを用いて前記ACアダプタの劣化度を推定することを特徴とする請求項1記載のACアダプタ劣化度推定装置。

請求項4

前記DC電流量変化閾値は、前記負荷毎の恒常的なDC電流の変化量および過渡期のDC電流量の変化量を記録したデータベースに基づき、前記恒常的なDC電流の変化量と前記過渡期のDC電流量の変化量とを区別するよう決定されたことを特徴とする請求項1記載のACアダプタ劣化度推定装置。

請求項5

前記第1および第2の電流測定部は、CTクランプであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のACアダプタ劣化度推定装置。

請求項6

AC電源からACアダプタに流入するAC電流を測定する第1の電流測定部と、前記ACアダプタから負荷に送出するDC電流量を測定する第2の電流測定部と、前記第1の電流測定部で測定されたAC電流値から、前記AC電源の交流波形の1周期中において有効電力が流れ始めてから流れ終わるまでのAC電流導通時間を測定するAC電流導通時間測定部と、前記第2の電流測定部で測定されたDC電流量からDC電流量の変化量を測定するDC電流量変化測定部と、前記AC電流導通時間および前記DC電流量の変化量の測定値外部サーバに送信する送信部と、を備えたことを特徴とするACアダプタ劣化度測定装置

請求項7

AC電源からACアダプタに流入するAC電流の、前記AC電源の交流波形の1周期中において有効電力が流れ始めてから流れ終わるまでのAC電流導通時間の測定値を受信して、受信した前記AC電流導通時間の測定値から前記ACアダプタの1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を算出するAC電流導通時間測定部と、前記ACアダプタから負荷に送出するDC電流量の測定値を受信して、受信したDC電流量の測定値が予め定められた閾値以上であるか否かを判定するDC電流量変化測定部と、前記DC電流量の変化が予め定められた大きさ未満の場合のみ、前記等価直列抵抗値から前記ACアダプタの劣化度の推定結果を出力する劣化度推定部と、を備えたことを特徴とするACアダプタ劣化度推定システム

技術分野

0001

本発明は、電源装置内部品劣化状況を測定および検出するACアダプタ劣化度判定装置およびそのシステムに関する。

背景技術

0002

スイッチング電源の1つであるAC−DCコンバータ(以下ACアダプタ)の劣化を測定する手法として、内部に測定機能を内蔵する方法と外部から電気特性観測する方法とがある。内部に測定機能を内蔵する方法は部品点数が増え、装置コストが上昇するため一般的なACアダプタには用いられていない。

0003

外部から観測する手段としては例えば2次出力電圧重畳しているリップル電圧や、効率を測定する方法がある。ACアダプタにおいて最も劣化しやすい部品としてアルミ電解コンデンサがあるが、1次平滑コンデンサダイオードブリッジスイッチングトランスの間にあり、外部からコンデンサ静電容量や等価直列抵抗ESR)といった電気特性を確認することは難しい。1次平滑コンデンサの状態を確認する方法としては、出力電圧保持時間を測定するという手法がある。以下に1次平滑コンデンサと出力電圧保持時間の関係性を説明する。

0004

一般的にACアダプタは交流電圧をダイオードブリッジで整流して1次平滑コンデンサに蓄積し、1次平滑コンデンサの直流電圧をスイッチングトランスで出力電圧に変換している。電力系統からの入力が遮断されるとき、出力電圧はすぐに低下せず、一定時間出力を保持する。これは、1次平滑コンデンサの充電電圧放電に伴い低下してゆくものの、スイッチング制御回路が定めた閾値を下回らない限りスイッチング動作が継続されるためである。

0005

1次平滑コンデンサの充電電圧はコンデンサの静電容量が小さいほど早く低下する。このため経年劣化等の影響で1次平滑コンデンサの容量が低下していた場合、出力電圧保持時間は正常品に比べ短くなる。そこで出力電圧保持時間を測定し、あらかじめ準備しておいた変換式データベース情報に従って1次平滑コンデンサの静電容量を推定することが可能である。

0006

EITAのスイッチング電源試験方法(AC−DC)には出力電圧保持時間測定方法が規定されている(非特許文献1参照)。

先行技術

0007

スイッチング電源技術専門委員会、“スイッチング電源試験方法(AC−DC)”、[online]一般社団法人電子情報技術産業協会、[平成27年5月17日検索]、インターネット<URL:http://www.jeita.or.jp/japanese/standard/book/RC-9131C>

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、出力電圧保持時間を測定するためには、入力電力を生成する安定化電源オシロスコープが必要であり、装置のコストがかかるという課題がある。

0009

また、ACアダプタに使用するアルミ電解コンデンサによっては、その静電容量はある期間が過ぎるまでほとんど変化せず、ある期間が経過すると急激に静電容量が低下して故障にいたる場合がある。そのようなコンデンサの場合、コンデンサの静電容量低下によるACアダプタの故障や使用中の事故を防止するためには、容量の急峻な低下を見落とさないようにするために測定・確認頻度を上げる必要があり、稼働コストがかかるという課題がある。

0010

そのため、稼働コストを減らすために測定頻度は少ないほうが望ましく、少ない定期的な測定結果からACアダプタの残使用可能期間を推定できることが望ましい。

0011

本発明の目的は、ACアダプタに流入する電流および送出する電流から、ACアダプタの1次平滑コンデンサの劣化状態を判定するACアダプタ劣化度判定装置およびそのシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0012

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、ACアダプタ劣化度推定装置であって、AC電源からACアダプタに流入するAC電流を測定する第1の電流測定部と、前記ACアダプタから負荷に送出するDC電流量を測定する第2の電流測定部と、前記第1の電流測定部で測定されたAC電流値から、前記AC電源の交流波形の1周期中において有効電力が流れ始めてから流れ終わるまでのAC電流導通時間を測定するAC電流導通時間測定部と、前記AC電流導通時間から前記ACアダプタの1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を算出するコンデンサ等価直列抵抗値演算部と、前記第2の電流測定部で測定されたDC電流量からDC電流量の変化が予め定められたDC電流量変化閾値以上であるか否かを判定するDC電流量変化測定部と、前記DC電流量の変化が予め定められた大きさ未満の場合のみ、前記等価直列抵抗値から前記ACアダプタの劣化度の推定結果を出力する劣化度推定部と、を備えたことを特徴とする。

0013

請求項2に記載の発明は、請求項1記載のACアダプタ劣化度推定装置において、前記コンデンサ等価直列抵抗値演算部は、前記AC電流導通時間と前記等価直列抵抗値とを関係付ける予め定められた関係式またはデータベースを用いて等価直列抵抗値を算出することを特徴とする。

0014

請求項3に記載の発明は、請求項1記載のACアダプタ劣化度推定装置において、前記劣化度推定部は、前記等価直列抵抗値と前記ACアダプタの劣化度とを関係付ける予め定められたデータベースを用いて前記ACアダプタの劣化度を推定することを特徴とする。

0015

請求項4に記載の発明は、請求項1記載のACアダプタ劣化度推定装置において、前記DC電流量変化閾値は、前記負荷毎の恒常的なDC電流の変化量および過渡期のDC電流量の変化量を記録したデータベースに基づき、前記恒常的なDC電流の変化量と前記過渡期のDC電流量の変化量とを区別するよう決定されたことを特徴とする。

0016

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載のACアダプタ劣化度推定装置において、前記第1および第2の電流測定部は、CTクランプであることを特徴とする。

0017

請求項6に記載の発明は、ACアダプタ劣化度測定装置であって、AC電源からACアダプタに流入するAC電流を測定する第1の電流測定部と、前記ACアダプタから負荷に送出するDC電流量を測定する第2の電流測定部と、前記第1の電流測定部で測定されたAC電流値から、前記AC電源の交流波形の1周期中において有効電力が流れ始めてから流れ終わるまでのAC電流導通時間を測定するAC電流導通時間測定部と、前記第2の電流測定部で測定されたDC電流量からDC電流量の変化量を測定するDC電流量変化測定部と、前記AC電流導通時間および前記DC電流量の変化量の測定値外部サーバに送信する送信部と、を備えたことを特徴とする。

0018

請求項7に記載の発明は、ACアダプタ劣化度推定システムであって、AC電源からACアダプタに流入するAC電流の、前記AC電源の交流波形の1周期中において有効電力が流れ始めてから流れ終わるまでのAC電流導通時間の測定値を受信して、受信した前記AC電流導通時間の測定値から前記ACアダプタの1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を算出するAC電流導通時間測定部と、前記ACアダプタから負荷に送出するDC電流量の測定値を受信して、受信したDC電流量の測定値が予め定められた閾値以上であるか否かを判定するDC電流量変化測定部と、前記DC電流量の変化が予め定められた大きさ未満の場合のみ、前記等価直列抵抗値から前記ACアダプタの劣化度の推定結果を出力する劣化度推定部と、を備えたことを特徴とする。

発明の効果

0019

本発明によれば、電流検出素子マイコンを用いることで、ACアダプタ劣化度判定低コストで実現できる。

図面の簡単な説明

0020

本発明の実施形態1に係るACアダプタ劣化度判定装置の構成を示す図である。
本発明の実施形態1に係るACアダプタ劣化度判定装置における判定フローを示す図である。
本発明の実施形態1に係るACアダプタ劣化度判定装置における判定フローのステップ1を示す図である。
本発明の実施形態1に係るACアダプタ劣化度判定装置における判定フローのステップ2を示す図である。
本発明の実施形態1に係るACアダプタ劣化度判定装置における判定フローのステップ3を示す図である。
AC電流の有効電力が流れ始めてから流れ終わるまでの期間を説明する図である。
DC電流量変化を説明する図である。
本発明の実施形態1に係るACアダプタ劣化度判定装置の低コスト・低消費電力型の実施例を示す図である。
本発明の実施例のACアダプタ劣化度判定装置の判定フローにおけるステップ1を示す図である。
本発明の実施例のACアダプタ劣化度判定装置の判定フローにおけるステップ2を示す図である。
本発明の実施例のACアダプタ劣化度判定装置の判定フローにおけるステップ3を示す図である。
本発明の実施形態2に係る電力線搬送通信を利用した遠隔でのACアダプタ劣化度判定システムの構成を示す図である。
本発明の実施形態2に係るACアダプタ劣化検出システムで使用するACアダプタ劣化度測定装置の内部構成を示す。
本発明の実施形態2に係るACアダプタ劣化度判定システムにおける動作フローを示す図である。
本発明の実施形態2に係るACアダプタ劣化度判定システムにおける遠隔保守フローを示す図である。

実施例

0021

出力電圧保持時間を測定することでACアダプタに内蔵された1次平滑コンデンサの静電容量の変化を推定する方法では、劣化初期中期においては静電容量の変化が少ない場合、出力電圧保持時間の変化も少ないため、変化を検出するためには高い分解能で測定する必要があり、測定装置のコストがかかる。また、劣化後期において故障が発生する前に劣化を検出するためには、短時間における静電容量の低下を検出する必要があるため、測定頻度を上げる必要があり稼働コストがかかる。

0022

この課題を解決するために、本発明ではACアダプタに入力される電流の導通時間を測定する。正常なACアダプタと劣化したACアダプタの電流導通時間を比較し、その差分により劣化の進行速度を判断することができる。

0023

一方で、運用中のACアダプタに物理的な衝撃がかかった際や、ACアダプタDC側にかかる負荷が増大した際に、電流導通の振る舞いとして、(a)電流導通量のピーク値増大、(b)一時的な電流導通時間の増大、という2つの現象が起こる可能性がある。電流導通時間測定によりACアダプタの劣化を検出するためには、電流導通時間の増大と1次平滑コンデンサの静電容量低下およびACアダプタの劣化とが相関しならなければならない。しかし本来、ACアダプタが劣化した状態とは1次平滑コンデンサが電圧を十分に平滑化できなくなった状態を意味する。つまり、瞬発的に電流導通時間が増大しても、1次平滑コンデンサがその瞬間以降電圧平滑を行えている状態であれば、劣化の過剰検出を行うこととなり、コストの増大につながってしまう。また上記(b)を劣化として誤検出する可能性も否めない。

0024

この課題を解決するために、本発明ではACアダプタAC側のAC電流導通時間とともにACアダプタDC側のDC電流量変化を測定し、検知されたAC電流導通時間の増大がACアダプタの劣化によるものか否かを判定する。

0025

本発明としては、ACアダプタAC側でのAC電流導通時間測定とACアダプタDC側でのDC電流量変化の双方を参照することで、正確にACアダプタの劣化検出が可能であるシステムを提供する。

0026

本発明によれば、電流検出素子とマイコンを用いることで、AC電流導通時間測定およびDC電流量変化測定を低コストで実現できる。

0027

測定システムを接続したままにして間欠動作させ、定期的に劣化度判定を行うことで1次平滑コンデンサの劣化を遠隔検査することが可能である。これにより、検査のための運用システム一時停止の回避および保守コスト削減が実現できる。さらに、劣化検出自体を遠隔地で行うことができれば、部品コスト削減や劣化検出システムのアップデートの簡略化も可能となる。

0028

このような運用を行うには測定器通信機能を有することが求められるが、現用システム存在下で有線無線LAN環境を新たに構築することが難しい場合もある。そこで一般的なACアダプタは商用電源に接続されている場合が多いことを考慮し、電力線搬送通信を利用することで、新たに有線・無線LAN環境を構築することなく測定器に通信機能を搭載することを可能にする。

0029

また、各ACアダプタに電流検出を行う機器を取り付けることになるが、この機器の内部に通信機能を持たせることで現用環境の改編度および追加物品を抑制でき、かつ多数のACアダプタのうちどのACアダプタが劣化しているのかを遠隔から一括管理できる。また劣化度の判定等は遠隔地で行うことができるため、測定器には測定機能および通信機能のみを搭載すれば良く、取り付け機器の低機能化によるコストカットが可能となる。

0030

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

0031

(実施形態1)
図1に、本発明の実施形態1に係るACアダプタ劣化度判定装置の構成を示す。また、図2に、判定フローの概要を示し、図3、4、5に、図2に示す判定フローのステップ1、2、3の詳細を示す。

0032

本実施形態は、AC電流導通時間測定部111、DC電流量変化判定部113、コンデンサ等価直列抵抗値演算部112、劣化度推定部114を備えたマイコン110、AC電流検出部121、DC電流検出部122、および表示部130で構成される。

0033

AC電流検出部121は、ACアダプタ210の商用電力230側に設置され、その電流検出機能によりACアダプタに流れ込むAC電流を検出する。DC電流検出部122は、ACアダプタの負荷部220側に設置され、ACアダプタから流れ出るDC電流を検出する。

0034

図2に示すように、本発明では、AC電流導通時間の測定、DC電流量変化の有無の判定を行い(ステップ1)、AC電流導通時間に基づきコンデンサ等価直列抵抗値を計算し(ステップ2)、コンデンサ等価直列抵抗値およびDC電流量変化の有無に基づきACアダプタの劣化度を判定して判定結果を出力する(ステップ3)。

0035

図3に示すように、ステップ1において、AC電流導通時間測定部111が、AC電流検出部121からAC電流値を表す信号を受け取り、AC電流導通時間を計測する。ここでいうAC電流導通時間とは、商用電力230の1周期の中において、図6に示すように有効電力が流れ始めてから流れ終わるまでの時間である。「流れ始め」、「流れ終わり」を決定するAC電流値については設計時に予め決定しておけばよく、図3に示すAC電流検出閾値データベースにその情報(「流れ始め」、「流れ終わり」を決定する電流値)を格納していることとする。

0036

DC電流量変化判定部113は、DC電流検出部122から電流値を表す信号を受け、DC電流量変化の有無を判定する。ここでいうDC電流量変化は、図7に示すように、ACアダプタDC側の負荷等が変化することによって安定的に流れる直流電流の値が恒常的に変化することを言う。どの程度の変化を恒常的なDC電流量の変化とみなし、過渡期の許容範囲をどのようにするのかについては、設計時に予め決定しておけばよく、DC電流量変化判定部113が参照するDC電流量変化検出閾値データベースにその情報(恒常的なDC電流量の変化量および過渡期のDC電流量の変化量)を格納していることとする。

0037

図4に示すように、ステップ2において、コンデンサ等価直列抵抗値演算部112では、AC電流導通時間測定部111からAC電流導通時間を表す信号を受け取り、AC電流導通時間からACアダプタ210に内蔵された1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を導出するAC電流導通時間−等価直列抵抗値変換式またはAC電流導通時間−等価直列抵抗値データベースに従って1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値を計算する。

0038

図5に示すように、ステップ3において、劣化度推定部114では、コンデンサ等価直列抵抗値演算部112から受け取ったACアダプタ210の1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値と、DC電流量変化判定部113から受け取ったDC電流量変化の有無とに関して、劣化度判定用データベースに照合をかける。これにより、1次平滑コンデンサの等価直列抵抗値の変化がコンデンサの劣化によるものなのか否かを推定する。劣化度推定部114は、コンデンサの劣化度に基づき、そのコンデンサを搭載するACアダプタ210の劣化度判定結果を表示部130に出力する。

0039

表示部130は、例えば液晶ディスプレイや(LCD)や有機ELディスプレイ(OELD)であって、劣化度推定部114からの信号に従ってACアダプタの劣化状態に関する情報を表示する。

0040

ここで、本発明における基本原理を説明する。一般的にコンデンサの等価直列抵抗(ESR)は使用開始後から使用経過に伴って上昇をし、静電容量よりもその変化は大きい。ACアダプタにおいて1次平滑コンデンサは商用電源230の交流波形を平滑し定電圧をスイッチング回路へ供給する役割がある。商用電源230の電圧が1次平滑コンデンサの電圧よりも高ければ、商用電源230から電流が1次平滑コンデンサとスイッチング回路へ供給される。商用電源230の電圧が1次平滑コンデンサの電圧よりも低ければ、商用電源230から電流は流れず1次平滑コンデンサからスイッチング回路に電流が供給される。

0041

1次平滑コンデンサのESRが上昇すると、1次平滑コンデンサに電流が出入りする際に電圧降下が大きくなり、1次平滑コンデンサからのみスイッチング回路に電流が供給されている時に1次平滑コンデンサの端子電圧が低下するため、商用電源230の電圧が1次平滑コンデンサの端子電圧を超えるタイミングがより早く来ることになる。また、その後商用電源230の電圧が1次平滑コンデンサの端子電圧を下回るタイミングがより遅く来ることになる。従って、1次平滑コンデンサのESRが上昇すると、商用電源230からのAC電流導通時間が長くなる。

0042

一方、ACアダプタ210のDC側における急激な負荷の変化や物理的な衝撃により、ACアダプタ210への要求DC電流量が増加する場合を想定すると、1次平滑コンデンサのみからの電流供給時に静電容量が見かけ上低下することになる。その結果、1次平滑コンデンサの端子電圧が低下し、一時的に電圧の平滑が行えなくなる。この場合も商用電源230からのAC電流導通時間が長くなる。

0043

このように、商用電源230からのAC電流導通時間が長くなる原因としては、1次平滑コンデンサのESR上昇と、ACアダプタ210への要求DC電流量の増加の2つの場合が考えられる。そのため、本発明では、AC電流導通時間が長くなる原因を峻別するために、ACアダプタ210のDC電流量変化を合わせて検出し、DC電流量の増加がない場合のみ劣化度を判定する。

0044

従来技術では、ACアダプタ210の1次コンデンサのESRを測定することは出来なかったが、本発明の手法によりESRと相関関係のあるAC電流導通時間を測定して算出することにより、ESRならびにコンデンサの劣化状態を推定できるようになる。

0045

さらにAC電流導通時間の差分とDC電流量変化の両方を劣化判定に用いるパラメータに組み込むことで、劣化状態の推定精度をさらに向上させることができる。AC電流導通時間からコンデンサのESRを導くためにはあらかじめ実験、もしくは回路シミュレーションでAC電流導通時間とESRの関係を求めておき、AC電流導通時間−ESR計算式もしくはAC電流導通時間−ESRデータベースを作って、これを劣化度判定データベースとすればよい。

0046

またDC電流量変化の判断に関しても、運用システムの負荷測定耐衝撃実験の結果を、劣化度推定部114が参照する劣化度判定データベースに取り入れておけばよい。

0047

図8に、本発明の実施形態1に係るACアダプタ劣化度判定装置の低コスト・低消費電力型の実施例を示す。本発明によるシステムはACおよびDC電流検出用変流器(第1および第2CTクランプ)821、822、マイコン810、液晶ディスプレイ830で構成される。

0048

クランプタイプ電流検出用変流器である第1CTクランプ821をACアダプタ210の商用電力230(AC50Hz,100V)側の配線に取り付け、ACアダプタ210に流れ込む電流の交流成分を電圧として検出する。

0049

また第2CTクランプ822をACアダプタ210の負荷部220側の配線に取り付け、負荷部220に流れ込むDC電流量を検出する。第1および第2CTクランプ821、822の出力はマイコン810のデジタル入力ポートにそれぞれ接続される。第1および第2CTクランプ821、822の出力電圧がマイコン810の検出電圧に満たない場合は、出力をアンプ増幅させ、マイコンのデジタル入力ポートに接続する構成でも良い。

0050

ここからは実施例の動作フローについて、ステップ1、2、3の形式にて図9、10、11を用いて詳細に説明する。

0051

図9に示すように、ステップ1において、第1CTクランプ821に接続されたマイコン810のデジタル入力ポート1は、ACアダプタ210に電流が流れるとLowからHighに切り替わり、電流が流れ終わるとHighからLowに切り替わる信号を出力する回路に接続されている。

0052

第2CTクランプ822に接続されたマイコン810のデジタル入力ポート2は、流れるDC電流量に変化が生じるとUsualからChangeに切り替わり、恒常的な電流に戻るとChangeからUsualに切り替わる回路に接続されている。デジタル入力ポート2が接続された回路は、マイコン810内の既存の電流量変化検出回路でもよい。

0053

図10に示すように、ステップ2において、マイコン810はデジタル入力ポート1および2が接続された回路からの出力を監視し、デジタル入力ポート1が接続された回路の出力がLowからHighに切り替わった時点から経過時間のカウントを始め、HighからLowに切り替わった時点でカウントを停止し、カウント開始から終了までの経過時間をAC電流導通時間とする。

0054

図11に示すように、ステップ3において、AC電流導通時間を用いたACアダプタ210の1次平滑コンデンサのESRと劣化状態の推定は、マイコン810内部に格納された計算式かデータベースに照合をかけることで行う。さらにこの推定結果に加えて、デジタル入力ポート2が接続された回路の出力の変化も参照し、参照情報としてUsualが存在する場合にのみ、劣化度判定結果を出力する。

0055

原理としては、第2CTクランプからマイコン810への入力周期をAC電流導通時間測定周期と同期させ、AC電流導通時間測定時前後から第2CTクランプからの入力およびマイコン810によるChangeおよびUsualの処理を開始する。この前後時間については設計時に予め決定しておけばよい。AC電流導通時間測定結果にChangeおよびUsualを付帯情報として追加し、最終結果として出力する前にUsualの存在有無の確認をマイコン810内で行う。付帯情報としてUsualが確認された場合にのみ、ACアダプタ210の劣化度判定結果を出力する。これにより、AC電流導通時間変化と1次平滑コンデンサ劣化の相関が小さい場合の劣化度の誤判定を抑制でき、正確な劣化度推定を可能にする。

0056

結果表示部としてはLCD等で良いが、コスト削減のためディスプレイレスとし、発明2記載の電力線搬送通信を用いた遠隔管理システムに向けた出力機能のみの搭載でもよい。第1および第2CTクランプ821、822は、既存のCTクランプを利用可能である。

0057

マイコン810のクロックに関しても、100kHz程度で十分なサンプリングが可能であり、また必要な機能として入出力ポートメモリ、および既存の電流量検出回路を利用した信号発生のみ搭載されたマイコンで良い。

0058

実施形態1ではACアダプタ210の1次平滑コンデンサのESRから劣化度を推定することにより、従来の交流安定化電源とオシロスコープを使用して出力電圧保持時間を測定する一般的な方法よりも低コスト、低消費電力で高精度であり、測定対象を停止させずに測定できるようになる。

0059

以上から本発明の測定手法を用いることで、1次平滑コンデンサの劣化状態をローコストかつ高精度に測定することが可能となる。ACアダプタ210への接続は非接触のCTクランプだけでよいので操作性がよく、感電心配もない。接続される負荷にもよるが、DC電流量が常に不規則振動している負荷でなければ、ACアダプタを停止させずに運用中に劣化判定測定することが可能である。

0060

(実施形態2)
測定システムを接続したままにして間欠動作させ、定期的に劣化状況判定測定を行うことでACアダプタの1次平滑コンデンサの劣化度を遠隔検査することが可能であれば、検査のための運用システム一時停止の回避および保守コスト削減が実現できる。さらにコンデンサ等価直列抵抗値演算およびACアダプタの劣化判定を遠隔で一元的に行う形とすれば、測定機器ごとに必要となるマイコンの低機能化およびコストカットが可能となる。

0061

このような運用を行うには、本発明のマイコンと遠隔地間での通信機能を有することが求められるが、現用システム存在下で有線・無線LAN環境を新たに構築することが難しい場合もある。

0062

そこで一般的なACアダプタは商用電源に接続されている場合が多いことを考慮し、電力線搬送通信を利用することで、新たに有線・無線LAN環境を構築することなく劣化検出システムに通信機能を搭載することを可能にする。

0063

また実施形態1においては、各ACアダプタに電流検出を行う機器を取り付けることになるが、この機器の内部に通信機能を持たせることで現用環境の改編度および追加物品を抑制でき、かつ多数のACアダプタのうちどのACアダプタが劣化しているのかを遠隔で一括管理できる。さらに、大きな容量を必要とする劣化判定に関わる機能を遠隔地に集約することで、取り付け部品の低機能化およびアップデートの簡易化、コストカットも可能にする。

0064

図12に、本発明の実施形態2に係る電力線搬送通信を利用した遠隔でのACアダプタ劣化度判定システムの構成を示す。また図13に、本発明の実施形態2に係るACアダプタ劣化検出システムで使用するACアダプタ劣化度測定装置の内部構成を示す。マイコン1210は、AC電流導通時間測定部1211、DC電流量変化測定部1212、情報送受信部1213を備える。図13に示すAC電流検出部1221内部の通信部1301は、AC電流検出部1221とは別に電力線搬送通信用モデムを使用する構成としても良い。

0065

図14に、本発明の実施形態2に係るACアダプタ劣化度判定システムにおける動作フローを示す。また、図15に、本発明の実施形態2に係るACアダプタ劣化度判定システムにおける遠隔保守フローを示す。

0066

原理としては図14に示すように、最初のステップにおいてAC電流検出部1221、DC電流検出部1222を用いて電流を測定し、マイコン1210内のAC電流導通時間測定部1211、DC電流量変化測定部1212でACアダプタ210のAC側でのAC電流導通時間およびDC側でのDC電流量変化の測定結果を生成する。マイコン1210は、測定結果に各マイコンに固有識別情報を付加して測定データを生成する。その後、マイコン1210は、測定データを、AC電流検出部1221の通信部1301を用いて情報送受信部1213から電力線を介して保守サーバ1230に送信する。保守サーバ1230は、データを保守用にあらかじめ構築した任意のクラウドサーバ1240にインターネット等を介して送信する。

0067

クラウドサーバ1240内にデータ送信がなされた後、図14に示すようにクラウドサーバ上でコンデンサ等価直列抵抗値の演算およびDC電流量変化判定を行い、これらの情報を基にACアダプタ210の劣化度判定を行う。この部分は図3、4、5に示す実施形態1のステップ1、2、3と同様の判定フローをたどるが、図3のステップ1に示す電流量変化判定部113内のDC電流量変化検出閾値データベースの情報は、図12に示すクラウドサーバ上のデータベース1241に集約されているため、図12の電流量変化判定部1242はそのデータベース1241を参照し、電流量変化有無判定を行う。

0068

判定結果は図14に示すように、最終的にクラウドサーバ内のデータベース1241に格納および保守管理者1250に送信される。この報告により、保守管理者1250は、必要な時に必要な場所へ修理者派遣することが可能である。

0069

さらに図15に示すように、保守管理者1250がクラウドサーバ1240を通じて保守サーバ1230およびマイコン1210の情報送受信部1213に定期的な情報伝達を命じるプログラムを埋め込むことも、随時命令を出すこともできる。DC電流量変化判定部1242、コンデンサ等価直列抵抗値演算部1243および劣化判度推定部1244が参照するデータベース1241の更新を、保守管理者1250がクラウド上で行うことが可能であり、AC電流導通時間変化と劣化度合い相関性負荷変動による電流量変化のパターンに関して、情報量が増える度に任意の場所からクラウドサーバ1240にあげることで参照データベース1241をアップデートできる。

0070

従来の測定技術では、その場で測定を行うために定期的な修理者派遣と故障時の修理者派遣の両方の保守コストがかかり、また測定基準改正や参照データベースアップデートの度に常時設置の測定機器交換が不可欠であった。

0071

一方、本発明によれば、定期検査や故障時の切り分けは遠隔で容易に行え、修理者を必要時のみ適切な場所へ派遣することが可能である。さらに保守サーバ1230に接続するクラウドサーバ1240は外部から容易に更新でき、劣化判定に関わる機能のアップデートが遠隔で行えるため、常時設置の測定機器にかかる初期コストおよびメンテナンスコストの削減が可能である。また測定環境下には電力線搬送通信を利用することで、有線・無線LAN新規構築が困難な環境でも遠隔操作可能なシステムを構築できる。

0072

なお本発明は、現用機器への運用を想定したモデムを構成図に記載していないが、ACアダプタ自身に電力線搬送通信のモデム機能が搭載されれば、本発明システムにそのまま組み込むことで、システム構成シンプル化を実現できる。

0073

実施形態2では、有線・無線LAN環境構築が困難な場合でも、故障切り分けが容易になり、判定システムアップデートの簡略化および物品コスト・保守コストが低減できる。

0074

以上の発明により、従来よりも高精度・低コストでACアダプタの1次平滑コンデンサの特性を測定できるようになり、誤検知を抑制することでより高精度に劣化判定が可能となる。また電力線搬送通信を活用した遠隔管理により、有線・無線LAN環境の新規構築が困難な場合でも、保守コストの低減を可能にする。

0075

110、810、1210マイコン
111、1211 AC電流導通時間測定部
112、1243コンデンサ等価直列抵抗値演算部
113、1242DC電流量変化判定部
114、1244劣化度推定部
121、1221 AC電流検出部
122、1222 DC電流検出部
210ACアダプタ
220負荷部
230商用電源
821 第1CTクランプ
822 第2CTクランプ
830液晶ディスプレイ
1212 DC電流量変化測定部
1213情報送受信部
1230保守サーバ
1240クラウドサーバ
1241ログ管理、命令系、データベース
1250 保守管理者

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