JP2017011263A - 電解コンデンサ状態をオンラインで監視する方法及びシステム - Google Patents

電解コンデンサ状態をオンラインで監視する方法及びシステム Download PDF

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Abstract

【課題】低コストで、再現性のある性能及び十分な予測精度を有し、また、広い範囲のコンデンサ及び動作条件に適用可能である電解コンデンサ状態監視システムを提供する。【解決手段】電解コンデンサ状態をオンラインで監視する方法は、電解コンデンサの両端の電圧リップル及び電解コンデンサを通して流れる電流リップルを測定するステップと、電解コンデンサの温度を測定するステップと、コンデンサ及び固体調整可能抵抗器を備えるコンデンサモデルを使用して、被監視電界コンデンサをエミュレートするステップと、測定リップルの１つをコンデンサモデルに適用するステップと、コンデンサモデルによって提供される推定リップルとコンデンサモデルに適用されない他の測定リップルとの間の誤差を最小にするために固体調整可能抵抗器を調整するステップと、固体調整可能抵抗器の値を使用して被監視電界コンデンサの等価直列抵抗を推定するステップと、を含む。【選択図】図７

Description

この発明は、包括的には、電解コンデンサ状態をオンラインで監視する方法及びシステムに関する。
パワーエレクトロニクスの分野において、電解コンデンサは脆弱なコンポーネントとして知られている。電解コンデンサの故障は、コンバーター全体の運転停止状態につながる。
電解コンデンサは、長寿命の製品について最も制限的な要因であることが多い。これは、機器によって生じるサービスに対する擾乱を最小にしながら、これらのコンポーネントの適時の置換を可能にする状態監視技術における関心の増加をこの発明者らが認める理由である。
電解コンデンサの経年変化を検出するために複数の解決策が提案されてきた。通常、経年変化検出は、電解コンデンサの幾つかのパラメーターの変動を監視することによって行われる。例えば、電解容量値の減少を用いて、電解コンデンサの寿命終了を検出することができ、等価直列抵抗(ＥＳＲ)の増加を用いて、電解コンデンサの寿命終了を検出することができ、又は、損失因子の増加を用いて、電解コンデンサの寿命終了を検出することができる。パラメーターの推定を、コンデンサの電圧及び電流の測定値を使用して行うことができる。
代替的に、幾つかの方法は、電流センサを使用することを回避し、代数計算を使用して電解コンデンサ内の電流を確定するために、例えば、ゲートドライブに対するアクセス、コンバーターのアーキテクチャ、他のセンサからの情報のようなシステムの詳細な知識を必要とする。
電解コンデンサのＥＳＲは、良質でかつ信頼性のある経年変化の指標である。その理由は、電解質の乾燥によって、ＥＳＲが電解コンデンサの寿命中に比較的大幅に増加するからである。
高温での動作は電界コンデンサの劣化を加速する。
電解コンデンサは、そのＥＳＲ値が、通常、同じ温度で初期ＥＳＲ値の２倍と３倍との間になると、経年変化したとみなされると考えられてきた。
この発明は、低コストで、擾乱に対する回復力があり、再現性のある性能及び十分な予測精度を有し、また、広い範囲のコンデンサ及び動作条件に適用可能である電解コンデンサ状態監視システムを提供することを目的とする。
この発明はまた、電解コンデンサ状態のオンライン監視を提供することを目的とする。
そのために、この発明は、電解コンデンサ状態を監視するための方法であって、
電解コンデンサの両端の電圧リップル及び電解コンデンサを通して流れる電流リップルを測定するステップと、
電解コンデンサの温度を測定するステップと、
コンデンサ及び固体調整可能抵抗器を備えるコンデンサモデルを使用して、被監視電界コンデンサをエミュレートするステップと、
測定リップルの１つをコンデンサモデルに適用するステップと、
コンデンサモデルによって提供される推定リップルとコンデンサモデルに適用されない他の測定リップルとの間の誤差を最小にするために固体調整可能抵抗器を調整するステップと、
固体調整可能抵抗器の値を使用して被監視電界コンデンサの等価直列抵抗を推定するステップと、
を含むことを特徴とする、方法に関する。
このため、この発明は、電解コンデンサ状態のオンライン監視を実施することを可能にする。
オンライン監視は、電解コンデンサがその中に含まれるデバイスの動作を妨げることなく、電解コンデンサ状態を確定することを可能にする。
監視方法は、高周波サンプリング用ＡＤＣ又は特別なサンプリング技法を必要とすることなく、数十ｋＨｚで動作する電力コンバーターとともに機能することができる。これは、マイクロコントローラが分析するための低周波コンテンツを有するフィルタリングされた信号を、アナログ前処理が送出するからである。これは、当然、擾乱に対して良好な回復力(resilience)を提供し、その擾乱は、アナログ処理によって、また同様に、マイクロコントローラ上で実行されるアルゴリズムによって大部分フィルタリングされる。
特定の特徴によれば、本方法は、
電解コンデンサの温度及び被監視電界コンデンサの初期等価直列抵抗の関数として寿命終了限界値を確定するステップと、
被監視電界コンデンサの等価直列抵抗の推定値を寿命終了限界値と比較するステップと、
を更に含む。
このため、この発明は、被監視電界コンデンサが経年変化するにつれて、電解コンデンサの等価直列抵抗が増加し寿命終了値に近づくため、被監視電界コンデンサの経年変化を検出することを可能にする。
さらに、電解コンデンサ状態監視は、低コストで、擾乱に対する回復力があり、再現性のある性能及び十分な予測精度を有する。
この発明は、広い範囲のコンデンサ及び動作条件に適用可能である。
特定の特徴によれば、コンデンサモデルのコンデンサの静電容量は、被監視電界コンデンサの公称静電容量に比例する固定静電容量値である。
このため、この発明は、実装するのが簡単で、コンデンサモデル用の調整可能なコンデンサの使用を必要としない。この発明はまた、電解コンデンサが、通常、公称値に関してその静電容量の比較的大きなばらつきを有するにもかかわらず、被監視電解コンデンサに適合させるための監視システムの初期チューニングを回避する。
特定の特徴によれば、この発明は、等価直列抵抗の推定値が寿命終了限界値を超えている場合、警報信号を発するステップを更に含む。
このため、この発明は、被監視電解コンデンサが寿命終了に達しつつあること、及び、被監視電解コンデンサが完全に故障する前に、メンテンスが実施されるべきであることを合図することを可能にする。
また、この発明は、電解コンデンサ状態を監視するシステムであって、
電解コンデンサの両端の電圧リップル及び電解コンデンサを通して流れる電流リップルを測定する手段と、
電解コンデンサの温度を測定する手段と、
コンデンサ及び固体調整可能抵抗器を備えるコンデンサモデルを使用して、被監視電界コンデンサをエミュレートする手段と、
測定リップルの１つをコンデンサモデルに適用する手段と、
コンデンサモデルによって提供される推定リップルとコンデンサモデルに適用されない他の測定リップルとの間の誤差を最小にするために固体調整可能抵抗器を調整する手段と、
固体調整可能抵抗器の値を使用して被監視電界コンデンサの等価直列抵抗を推定する手段と、
を備えることを特徴とする、システムにも関する。
このため、この発明は、電解コンデンサ状態のオンライン監視を実施することを可能にする。
特定の特徴によれば、本システムは、
電解コンデンサの温度及び被監視電界コンデンサの初期等価直列抵抗の関数として寿命終了限界値を確定する手段と、
被監視電界コンデンサの等価直列抵抗の推定値と、寿命終了限界値とを比較する手段と、
を更に備える。
このため、この発明は、被監視電界コンデンサが経年変化するにつれて、電解コンデンサの等価直列抵抗が増加し寿命終了値に近づくため、被監視電界コンデンサの経年変化を検出することを可能にする。
さらに、電解コンデンサ状態監視は、低コストで、擾乱に対する回復力があり、再現性のある性能及び十分な予測精度を有する。
この発明は、広い範囲のコンデンサ及び動作条件に適用可能である。
特定の特徴によれば、本システムは、
測定電圧リップルをフィルタリングする手段と、
測定電流リップルをフィルタリングする手段と、
を更に備える。
このため、この発明は、測定電圧リップル及び測定電流リップルにおいて関心の周波数コンテンツを分離する。フィルタリングされた電圧リップルとフィルタリングされた電流リップルとの間の関係は、抵抗器と直列接続のコンデンサから構成される簡単なモデルを使用して近似することができ、抵抗部分は、関心の周波数の領域内で静電容量部分のインピーダンスを強力に支配する。
特定の特徴によれば、本システムは、等価直列抵抗の推定値が寿命終了限界値を超えている場合、警報信号を発する手段を更に備える。
このため、この発明は、被監視電解コンデンサが寿命終了に達しつつあること、及び、被監視電解コンデンサが完全に故障する前に、メンテンスが実施されるべきであることを合図することを可能にする。
特定の特徴によれば、コンデンサモデルによって提供されるリップル推定値とコンデンサモデルに適用されない他の測定リップルとの間の誤差の確定は、コンデンサモデルに適用されない他の測定リップルがコンデンサモデルによって提供されるリップル推定値より大きいか否かを時間領域でチェックすることによって実施される。
このため、この発明は、推定ＥＳＲの値が、被監視電解コンデンサのＥＳＲの実際の値に近づくために増加しなければならないか、減少しなければならないかを判定することを可能にする。
さらに、この比較方法は、簡単な手段で実装することができ、ＦＦＴ等の複雑な計算を必要とすることになる周波数ベースの方法に比べて実装するのが簡単である。
特定の特徴によれば、コンデンサモデルによって提供されるリップル推定値とコンデンサモデルに適用されない他の測定リップルとの間の誤差の確定は、コンデンサモデルに適用されない他の測定リップルがコンデンサモデルによって提供される推定値と同様であるか否かを時間領域でチェックすることによって実施される。
このため、この発明は、推定ＥＳＲのどの値が被監視電解コンデンサのＥＳＲの実際の値に最も近いかを判定することを可能にする。
さらに、この比較方法は、簡単な手段で実装することができ、ＦＦＴ等の複雑な計算を必要とすることになる周波数ベースの方法に比べて実装するのが簡単である。
特定の特徴によれば、電解コンデンサを通る電流リップルを測定する手段は、電解コンデンサを通して流れる電流のスケーリングされたイメージを提供する電流センサから構成される。
この発明の特徴は、例示的な実施の形態の以下の説明を読むことによってより明らかになるであろう。この説明は、添付図面に関して作成されたものである。
この発明による電解コンデンサ状態監視システムのアーキテクチャの例を示す図である。 この発明の第１の実現モードによるコンデンサモデル及び比較モジュールの第１の例を示す図である。 この発明の第２の実現モードによるコンデンサモデル及び比較モジュールの第２の例を示す図である。 この発明の第１の実現モードによるコンデンサモデルの第１の例を示す図である。 この発明の第２の実現モードによるコンデンサモデルの第２の例を示す図である。 この発明の第１の実現モードによるコンデンサモデルの第３の例を示す図である。 調整可能電流源を有するＬＥＤによって調節される感光性抵抗器を使用する固体調整可能抵抗器の例を示す図である。 この発明の第１の実現モードによるコンデンサモデル及び比較モジュールの第４の例を示す図である。 この発明の第１の実現モードによる電解コンデンサ状態監視システムの比較モジュールのアナログ部分の第１の例を示す図である。 この発明の第２の実現モードによる電解コンデンサ状態監視システムの比較モジュールのアナログ部分の第２の例を示す図である。 この発明の第１及び第２の実現モードによる電解コンデンサ状態監視システムの比較モジュールのデジタル及びフィルタリング部分の例を示す図である。 電解コンデンサ状態監視システムの処理ユニットのアーキテクチャを示す図である。 この発明の第１の実現モードによる電解コンデンサの状態監視のためのアルゴリズムを示す図である。 この発明の第２の実現モードによる電解コンデンサの状態監視のためのアルゴリズムを示す図である。 電解コンデンサ状態を監視するためにこの発明によって提供される信号の曲線及び時間経過図である。 電解コンデンサ状態を監視するためにこの発明によって提供される信号の曲線及び時間経過図である。
図１は、この発明による電解コンデンサ状態監視システムのアーキテクチャの例を示す。
電解コンデンサ状態監視システムは電解コンデンサＣの等価直列抵抗を監視する。
電解コンデンサ状態監視システムは、数百μＦから最大数千μＦの静電容量値、及び数十ｍΩから最大数百ｍΩの範囲の、２０℃で約１００Ｈｚで指定される公称ＥＳＲを有するコンデンサを監視することができる。
この発明は、被監視電解コンデンサＣの健康状態を、その寿命期間中のそのＥＳＲ値の展開から推測する。ＥＳＲの初期値に基づいて、この発明は、経年変化した電解コンデンサに対応する寿命終了値を確定する。
電解コンデンサＣは、そのＥＳＲパラメーターがその健康な状態に比べて大幅に増加したとき、すなわち、推定ＥＳＲが、ＥＳＲの初期値から導出されたＥＳＲの寿命終了値、ＥＳＲｆａｕｌｔより大きいときに経年変化したとみなされる。通常、ＥＳＲの寿命終了値はＥＳＲの初期値より２倍又は３倍大きい。
ＥＳＲの初期値は、幾つかの方法で確定することができる、すなわち、データシートから取出すことができるか又は以前の測定値から推測することができる。代替的に、ＥＳＲの初期値は、最初の数時間又は数日の動作中に電解コンデンサ状態監視システムによって確定することができる。
温度によってＥＳＲの寿命終了値を調整することは、監視されている電解コンデンサの型について、温度の関数としてのＥＳＲの展開の知識を必要とする。
例えば、監視動作中の計算を回避するため、調整法則が、好ましくは、初期化プロシージャ中に事前計算されるテーブル内に置かれる。テーブルの初期化を幾つかの方法で行うことができる。
例えば、テーブルは、電解コンデンサのデータシートに含まれる情報を使用して、又は、電解コンデンサの型の事前特徴付けから得られるデータを使用することによって構築されて、関心の周波数範囲内の、例えば数十ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、又は５０ｋＨｚの周波数値のＥＳＲを考慮しながら、温度に伴う電解コンデンサＥＳＲの展開ＥＳＲ＝ｆ(Ｔ°)を確定する。
例えば、製造公差による誤差を積分することを回避するために、ｉｎ−ｓｉｔｕ方法が好ましい。テーブルは、この発明を使用して自己学習することによって、被監視電解コンデンサの最初の数時間又は数日の動作中に構築することができる。この場合、ＥＳＲは、この発明では、動作中の少なくとも１つの動作温度点を使用して推定される。
次に、曲線当てはめ法、又は幾つかの温度で行われるＥＳＲの異なる尺度の間の補間を用いて、所望の分解能を有するテーブルを完成させることができる。例えば、ＥＳＲの１つの値が２５℃と８５℃との間の各℃についてテーブル内に格納される。一般に、電解コンデンサがその中に含まれるデバイス内の温度は、ゆっくり変動し、そのことが、電解コンデンサの熱慣性が大きくても、所与の温度でＥＳＲの信頼性のある推定を可能にする。
周囲温度における電解コンデンサのＥＳＲ値は、始動動作に続いて容易に推定することができる。次に、或る時間後、少なくとも別のＥＳＲ値を、より高い動作温度で得ることができる。数日の期間にわたって、異なる動作点又は異なる動作温度における動作が、他の温度におけるＥＳＲの値を推定する新しい機会を提供し、したがって、当てはめの精度を増加させることができる。ここで、自己学習期間の継続時間が、コンデンサ経年変化を示すＥＳＲ値を組込むことを回避するために制限され、また、高い測定温度について指数関数的に短くあるべきであることが留意されなければならない。
同様に、自己学習アプローチは、電力コンバーター内の、したがってその被監視コンデンサ(複数の場合もある)の周囲温度を制御する人工気候室を使用して、工場で実施される較正プロシージャ中に使用することができる。
最後に、値ＥＳＲ(Ｔ)が確定されると、対応する値ＥＳＲｆａｕｌｔ(Ｔ)は、通常、ＥＳＲ(Ｔ)の２倍又は３倍である。
寿命終了基準に達すると、アラームが、電解コンデンサＣがその寿命終了に達したこと、及び、メンテナンスプロシージャが必要とされることを合図する。ここで、寿命終了基準に達しても、ＥＳＲ推定が連続して繰返されることが留意されなければならない。この発明は、ＤＣバス上での電解コンデンサの個々の監視を可能にする。通常、ＤＣバスの高電圧に耐えるため、又は、安全のために、２つ以上の電解コンデンサが直列にグループ化され、ストリングを形成することが一般的である。ＤＣバスについて、必要とされる静電容量値に達するために、幾つかのストリングを並列にグループ化することも一般的である。
直列に接続された電解コンデンサについて測定リップル電流が同一であること、並びにストリングごとに１つの処理ユニット及び１つの電流センサしか使用することができないことを考慮に入れて、幾つかの電解コンデンサストリングが存在する場合、幾つかの電解コンデンサ状態監視システムが使用される。
この発明は、ＰＣＢベースのロゴスキーコイルプローブ(Rogowski coil probe)が使用される場合、非侵入型とすることができる。ＰＣＢベースのロゴスキーコイルに似たこうした電流センサの例は、H.L.Votzi, M.Vogelsberger及びH.Ertl「Low-Cost Current Sensor for Power Capacitors Based on a PCB Rogowski-Coil Rogowski Coil Current Transducer」no.May,pp.17-19,2011の論文に開示されている。
ＰＣＢベースのロゴスキーコイルは、ねじ端子を有する電解コンデンサに特に好適である。
ＰＣＢベースのロゴスキーコイルセンサの使用を可能にしない電解コンデンサの場合、監視方法は、例えば近距離場近接センサ又はＰＣＢ埋め込み式電流変圧器を使用することによって依然として非侵入型である可能性がある。
電解コンデンサ状態監視システムは、ＥＳＲの推定器を備える。被監視電解コンデンサのＥＳＲの推定は、測定リップルと推定リップルとの間の誤差を最小にするようにコンデンサのモデルを調整することによってこの発明に従って実施される。推定ＥＳＲは、使用される調整可能なコンデンサモデルの１つのパラメーターである。
コンデンサモデルは、有利には、アナログ電子コンポーネントを使用して実装され、関心の周波数範囲内で被監視コンデンサをエミュレートし、電解コンデンサＣのインピーダンスはそのＥＳＲ値によって支配される。
コンデンサモデルはコンデンサ及び抵抗器を備える。コンデンサモデルの抵抗器は、例えば、デジタル的に調整可能な抵抗器、又は調整可能な電流源を有するＬＥＤによって調節される感光性抵抗器のような固体調整可能抵抗器である。固体調整可能抵抗器は、電解コンデンサＣのＥＳＲをエミュレートする。固体調整可能抵抗器の値は、被監視電解コンデンサＣのＥＳＲに比例する。
モデルのコンデンサの静電容量は、調整されず、被監視電解コンデンサの公称静電容量から導出される。
コンデンサモデル内を流れる電流は、被監視電解コンデンサ内を流れる電流のスケーリング済みイメージである。
例えば、コンデンサモデルのコンデンサは、電解コンデンサＣの静電容量値より１００００倍低い値を有し、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートする固体調整可能抵抗器の値は、電解コンデンサＣのＥＳＲより１００００倍大きい。
コンデンサモデル値と電解コンデンサＣの静電容量値との間の他のスケーリング係数をこの発明に従って使用することができることが留意されなければならない。
１０分の数ｍΩから最大１Ωの範囲のＥＳＲは、上述した数値例によれば、例えば１００オームのステップによる１０ｋΩの固体調整可能抵抗器を使用することが１０ｍΩの分解能を提供することを示唆する。
同様に、コンデンサモデルで使用されるコンデンサは、１０００μＦの被監視電解コンデンサＣについて例えば１００ｎＦの小さな値を有する。したがって、例えば、温度に関して安定である等級１セラミックコンデンサを、コンデンサモデルのために使用することができる。これらは、非常に一般的で低コストのコンポーネントである。
一定の静電容量による被監視電解コンデンサＣの一定の近似が、インピーダンスの推定に対するその寄与が、この発明に従ってフィルタリングされる非常に低い周波数においてより顕著であるため、推定の精度に対して重大な影響を及ぼさないことに留意されたい。
電解コンデンサＣの電圧は、電圧及びスケーリングセンサ１０１によって検知されスケーリングされ、バンドパスフィルタ１０２によってフィルタリングされて、電圧から低周波成分を除去する。Ｖｒｉｐｐｌｅと名付ける検知されフィルタリングされた電圧は、コンデンサモデル及び比較モジュール１０４に提供される。電解コンデンサＣの電圧は、高いＤＣ電圧プラス数ボルトのリップルである。
電圧及びスケーリングセンサ１０１を幾つかの方法で実装することができる。第１の方法において、電圧及びスケーリングセンサ１０１は、例えば、電解コンデンサ状態監視システムのグラウンドが電解コンデンサＣの負端子を基準にする場合、減衰を実施することによって実装することができる。第２の方法において、電圧及びスケーリングセンサ１０１は、例えば、増幅器の入力上に高いコモンモード電圧を可能にするために、減衰と、それに続いて差動増幅とを実施することによって実装することができる。第３の方法において、電圧及びスケーリングセンサ１０１を、例えば、受動フィルタを使用する容量性結合を実施して、それにより高いＤＣ電圧を除去し、それに続いて、リップル振幅に応じて減衰又は利得を施し、それにより、リップルのレベルを、バンドパスフィルタ１０２に適合する範囲内に入るよう調整することによって実装することができる。
第１及び第２の方法において、ＤＣ成分及び他の低周波コンテンツが除去されると、リップルの増幅が必要とされる場合がある。
電解コンデンサＣを通って流れる電流は、センサ１０９によって検知され、バンドパスフィルタ１０３によってフィルタリングされて、検知済みの電流から低周波成分を除去する。Ｉｒｉｐｐｌｅと名付ける検知済みでフィルタリング済みの電流は、コンデンサモデル及び比較モジュール１０４に提供される。
増幅しフィルタリングする目的は、測定済みの電流及び電圧をスケーリングしフィルタリングし、次に、関心の周波数帯域内の電圧及び電流を取出すことである。
電圧及びスケーリングセンサ１０１の目的は、以下の処理ステージが受容可能な電圧の範囲内の尺度を提供することである。例えば、電圧及びスケーリングセンサ１０１は、抵抗分割器によって高電圧コンデンサ電圧の減衰を実施し、電流センサ１０９は、電解コンデンサＣを通って流れる電流に比例する低電圧イメージを送出する。
フィルタ１０２及び１０３の目的は、ＥＳＲ推定について重要な情報を全く担持しない低周波擾乱をできる限り排除しながら、ＥＳＲによって主に影響を受ける周波数成分を、また同様に、コンデンサのインピーダンスの誘導性領域によって影響を受ける高周波数を分離することである。
電解コンデンサの場合、通常の容量性領域はＤＣから最大数ｋＨｚに延在し、一方、寄生直列インダクタンスによる誘導性領域は、通常、数１００ｋＨｚから始まる。
したがって、分析の周波数帯域は、通常、数ｋＨｚから最大１００ｋＨｚに位置する。様々なトポロジを用いて、ローパスフィルタとカスケード接続されたハイパスフィルタに似たバンドパスフィルタを実装することができる。実際には、高周波コンテンツの強い減衰を有することは必要とされない。
例えば、１次「ローパス」フィルタを、これらの周波数を減衰させるために使用することができる。ＥＳＲの推定の精度をよりよくするために、低周波コンテンツの良好な排除が好ましいため、例えばサレン及びキーフィルタ(Sallen & Key filter)に似た、少なくとも２次「ハイパス」フィルタが使用される。
電圧及び電流は、同様のフィルタを有するバンドパスフィルタ１０２及び１０３によってフィルタリングされる。
電流センサ１０９が分析の帯域内の帯域幅を修正する場合、バンドパスフィルタ１０３は、測定電流及び電圧リップルについて同じ帯域幅を提供するように適合される。
例えば、ＤＣ〜８０ｋＨｚの平坦な周波数応答を有するホール効果電流センサ、次に、上記の１次減衰を使用すると、電流及び電圧についての両方のハイパスフィルタリングステージは同一であることになる。
バンドパスフィルタ１０３について更なるローパスフィルタリングは全く必要とされず、バンドパスフィルタ１０２の１次ローパスフィルタは、８０ｋＨｚで遮断するように構成することができる。
代替的に、ＰＣＢベースのロゴスキー電流センサが使用される場合、バンドパスフィルタ１０３用の高周波数フィルタを、センサ自身によって直接操作することができる。
Ｔ°と記す温度センサは、電解コンデンサＣの温度を検知し、プロセッサ１００に提供される。電解コンデンサのＥＳＲ値が温度に依存するため、温度はこの発明に従って考慮に入れられる。
電解コンデンサ状態監視システムは、コンデンサモデル及び比較モジュール１０４を備える。コンデンサモデル及び比較モジュール１０４は、図２ａ又は２ｂを参照してより詳細に開示される。コンデンサモデル及び比較モジュール１０４の出力は、処理ユニット１００に提供される。
図２ａは、この発明の第１の実現モードによるコンデンサモデル及び比較モジュールの第１の例を示す。
この発明の第１の実現モードによれば、コンデンサモデル及び比較モジュール１０４は、調整可能コンデンサモデル２００及びリップル比較モジュール２０１を備える。
調整可能コンデンサモデル２００は、検知され、スケーリングされ、フィルタリングされた電圧Ｖｒｉｐｐｌｅを処理して、推定電流リップルＩｅｓｔを提供し、推定電流リップルＩｅｓｔはリップル比較モジュール２０１に提供される。調整可能コンデンサモデル２００は、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートするデジタル的に調整可能な抵抗器を調整するためのコマンドを処理ユニット１００から受信する。調整可能コンデンサモデル２００は、図３ａを参照してより詳細に開示される。
リップル比較モジュール２０１は、推定電流リップルＩｅｓｔと、検知され、スケーリングされ、フィルタリングされた電流Ｉｒｉｐｐｌｅとを比較し、フィルタリング済みの比較結果を処理ユニット１００に提供する。リップル比較モジュール２０１は、図４ａ及び図５を参照してより詳細に開示される。
図２ｂは、この発明の第２の実現モードによるコンデンサモデル及び比較モジュールの第２の例を示す。
この発明の第２の実現モードによれば、コンデンサモデル及び比較モジュール１０４は、調整可能コンデンサモデル２２０及びリップル比較モジュール２２１を備える。
調整可能コンデンサモデル２２０は、検知され、フィルタリングされた電圧Ｉｒｉｐｐｌｅを処理して、推定電圧リップルＶｅｓｔを提供し、推定電圧リップルＶｅｓｔは、リップル比較モジュール２２１に提供される。調整可能コンデンサモデル２２０は、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートするデジタル的に調整可能な抵抗器を調整するためのコマンドを処理ユニット１００から受信する。調整可能コンデンサモデル２２０は、図３ｂを参照してより詳細に開示される。
リップル比較モジュール２２１は、推定電圧リップルＶｅｓｔと、検知され、スケーリングされ、フィルタリングされた電圧Ｖｒｉｐｐｌｅとを比較し、比較結果をプロセッサ１００に提供する。リップル比較モジュール２２１は、図４ｂ及び図５を参照してより詳細に開示される。
図３ａは、この発明の第１の実現モードによるコンデンサモデルの第１の例を示す。
コンデンサモデル２００のコンデンサＣｍｏｄｅｌの第１の端子は、コンデンサモデル２００の入力Ｖｒｉｐｐｌｅに接続される。コンデンサモデルＣｍｏｄｅｌの第２の端子は、電解コンデンサＣのＥＳＲをエミュレートするデジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの第１の端子及び抵抗器３０１に接続される。デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの第２の端子はグラウンドに接続される。抵抗器３０１の第２の端子は、増幅器３０３の負入力及び抵抗器３０２の第１の端子に接続される。
増幅器３０３の正入力はグラウンドに接続される。
抵抗器３０２の第２の端子は、増幅器３０３の出力及び調整可能な抵抗器３０４の第１の端子に接続される。
Ｃｍｏｄｅｌ及びＲａｄｊは、被監視電解コンデンサＣのスケーリング済みのモデルを構成する。Ｒａｄｊが正しく調整されると、デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊを通って流れるリップル電流は、被監視電解コンデンサＣ内を流れるリップル電流に比例する。こうして、デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの両端の電圧降下の尺度を用いて、リップル電流の推定値Ｉｅｓｔを確定することができる。
コンポーネント３０３及び３０６から構成される次の２つのステージは、Ｒａｄｊの両端に現れる電圧降下を測定しスケーリングすることを目的とする(カスケード接続された２つの反転増幅器から構成される)プログラム可能な利得を有する非反転増幅器を構成する。
代替として、単一ステージ非反転増幅器を使用することができる。
調整可能な抵抗器３０４は、デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの値と無関係にデジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊを通して流れる電流のイメージを得るため、増幅器の利得を調整することを可能にする。
デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊと同じ値を有するように抵抗器３０４を調整することによって、Ｒａｄｊの可変的な性質が補償される。
抵抗器３０２、３０１、及び３０５の値は、デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊを通して流れる電流を増幅させる一定利得を規定し、それにより、一方で、被監視電解コンデンサＣ内を流れるリップル電流に対して、デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊを通して流れる電流の減衰を補償し、他方で、場合によっては、電圧の利得及びスケーリングセンサ１０１及び電流センサ１０９を補償する。
調整可能な抵抗器３０４の第２の端子は、増幅器３０６の負入力及び抵抗器３０５の第１の端子に接続される。
増幅器３０６の正入力はグラウンドに接続される。
抵抗器３０５の第２の端子は、増幅器３０６の出力に接続される。
増幅器３０６の出力は推定電流リップルＩｅｓｔを提供する。
図３ｂは、この発明の第２の実現モードによるコンデンサモデルの第２の例を示す。
抵抗器３５０の第１の端子は、コンデンサモデル２２０の入力に接続される。抵抗器３５０の第２の端子は、増幅器３５２の負入力及び電界コンデンサのＥＳＲをエミュレートする調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの第１の端子に接続される。
増幅器３５２の正入力はグラウンドに接続される。
デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの第２の端子は、増幅器３５２の出力及び抵抗器３５３の第１の端子に接続される。
抵抗器３６０の第１の端子は、コンデンサモデル２２０の入力Ｉｒｉｐｐｌｅに接続される。抵抗器３６０の第２の端子は、増幅器３６１の負入力及びコンデンサモデル２００のコンデンサＣｍｏｄｅｌの第１の端子に接続される。
増幅器３６１の正入力はグラウンドに接続される。
コンデンサＣｍｏｄｅｌの第２の端子は、増幅器３６１の出力及び抵抗器３５９の第１の端子に接続される。抵抗器３５９の第２の端子は、増幅器３５８の負入力、抵抗器３５３の第２の端子、及び抵抗器３５４の第１の端子に接続される。
増幅器３５８の正入力はグラウンドに接続される。
抵抗器３５４の第２の端子は、増幅器３５８の出力及び抵抗器３５５の第１の端子に接続される。
抵抗器３５５の第２の端子は、増幅器３５７の負入力及び抵抗器３５６の第１の端子に接続される。
増幅器３５７の正入力はグラウンドに接続される。
抵抗器３５６の第２の端子は、増幅器３０６の第１の端子に接続される。
増幅器３５７の出力は推定電圧リップルＶｅｓｔを提供する。
図３ｃは、この発明の第１の実現モードによるコンデンサモデルの第３の例を示す。
コンデンサモデル２００のコンデンサＣｍｏｄｅｌの第１の端子は、コンデンサモデル２００の入力Ｖｒｉｐｐｌｅに接続される。コンデンサＣｍｏｄｅｌの第２の端子は、電解コンデンサＣのＥＳＲをエミュレートするデジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの第１の端子、及び抵抗器３２１に接続される。デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの第２の端子はグラウンドに接続される。抵抗器３２１の第２の端子は、増幅器３２３の正入力に接続される。抵抗器３２１は、入力オフセット補償のために使用することができるが、０オームに等しくすることができ、すなわち、ワイヤで置換することができる。
デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊは、デジタル的に調整可能なポテンショメーターを使用して実装され、ポテンショメーターのカーソル端子は、２つの他の端子の一方に接続される。
増幅器３２３の負入力は、デジタル的に調整可能なポテンショメーター３２４のカーソル端子に接続される。デジタル的に調整可能なポテンショメーター３２４の第２の端子はグラウンドに接続される。デジタル的に調整可能なポテンショメーター３２４の第３の端子は、抵抗器３２２の一方の端子に接続される。抵抗器３２２の他方の端子は、増幅器３２３の出力に接続される。抵抗器３２２は、増幅器３２３の利得を修正するために使用することができるが、必要とされない場合、ヌルに等しくすることができる。
増幅器３２３の出力は、推定リップルＩｅｓｔを提供する。
デジタル的に調整可能なポテンショメーター３２４及びデジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊは、同一のコンポーネントであるか、又はおそらくは、デジタル的に調整可能なデュアルポテンショメーターが使用される場合、同じコンポーネントの一部である。両者は、それらのカーソルとグラウンドに接続されたそれらの端子との間のインピーダンスがデジタル的に調整可能なポテンショメーター３２４とデジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊとの両方について同一であるように同様にプログラムされる。
抵抗器３２１、３２２、３２４及び増幅器３２３は、デジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの両端の電圧を測定しスケーリングするために使用される、可変利得を有する非反転増幅器を構成する。
図３ｄは、調整可能電流源を有するＬＥＤによって調節される感光性抵抗器を使用する固体調整可能抵抗器の例を示す。
固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊは、調整済みの電流を発光ダイオードＬＥＤ３６１に提供する調整可能電流源３６０によって制御される。ＬＥＤ３６１によって提供される光は、感光性抵抗器の抵抗値を修正する。
図３ｄの固体調整可能抵抗器はまた、ＬＥＤ及び感光性トランジスタの両方を埋め込む集積回路を備えるリニアオプトカプラであるとすることができる。
図３ｅは、この発明の第１の実現モードによるコンデンサモデル及び比較モジュールの第４の例を示す。
コンデンサモデル２００のコンデンサＣｍｏｄｅｌの第１の端子は、コンデンサモデル２００の入力Ｖｒｉｐｐｌｅに接続される。コンデンサモデルＣｍｏｄｅｌの第２の端子は、電解コンデンサＣのＥＳＲをエミュレートする固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ１の第１の端子、抵抗器３７３の第１の端子、及び抵抗器３７０の第１の端子に接続される。固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ１の第２の端子は、抵抗器３７３の第２の端子及びグラウンドに接続される。抵抗器３７０の第２の端子は、増幅器３７４の負入力及び抵抗器３７１の第１の端子に接続される。
増幅器３７４の正入力はグラウンドに接続される。
抵抗器３７１の第２の端子は、増幅器３７４の出力、抵抗器３７５の第１の端子、及び固体調整可能抵抗器である場合がある調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ２の第１の端子に接続される。
抵抗器３７３及び３７５は、同じ値を有し、抵抗器３７３とＲ’ａｄｊ１との並列接続及び抵抗器３７５とＲ’ａｄｊ２との並列接続によってそれぞれ形成される等価抵抗の最大値を調整するために使用される。
Ｃｍｏｄｅｌ、Ｒ’ａｄｊ１、及び抵抗器３７３は、被監視電解コンデンサＣのスケーリングされたモデルを構成する。固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ１が正しく調整されると、抵抗器３７３に並列に接続される固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ１から構成される分岐内に流れるリップル電流は、被監視電解コンデンサＣ内を流れるリップル電流に比例する。こうして、固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ１の両端の電圧降下の尺度を用いて、リップル電流の推定値Ｉｅｓｔを確定することができる。
調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ２は、固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ１の値と無関係に抵抗器３７３に並列に接続される固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ１から構成される分岐内に流れる電流のイメージを得るため、増幅器３７６の利得を調整することを可能にする。
固体調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ１と同じ値を有するように抵抗器Ｒ’ａｄｊ２を調整することによって、Ｒ’ａｄｊ１の可変的な性質が補償される。
調整可能抵抗器Ｒ’ａｄｊ２の第２の端子は、増幅器３７２の負入力、抵抗器３７５の第２の端子、及び抵抗器３７２の第１の端子に接続される。
増幅器３７６の正入力はグラウンドに接続される。
抵抗器３７２の第２の端子は、増幅器３７６の出力に接続される。
増幅器３７６の出力は推定電圧リップルＩｅｓｔを提供する。
図４ａは、この発明の第１の実現モードによる電解コンデンサ状態監視システムの比較モジュールのアナログ部分の第１の例を示す。
電流リップルＩｒｉｐｐｌｅは、抵抗器４００の第１の端子が接続されるリップル比較モジュール２０１の第１の入力に提供される。
抵抗器４００の第２の端子は、比較器４０１の正入力、比較器４０５の正入力、及びダイオード４０４のカソードに接続される。
推定リップルＩｅｓｔは、抵抗器４０２の第１の端子が接続されるリップル比較モジュール２０１の第２の入力に提供される。
抵抗器４０２の第２の端子は、比較器４０１の負入力及びダイオード４０３のカソードに接続される。
ダイオード４０３及び４０４のアノードは、グラウンドに接続される。
比較器４０５の負入力は、調整可能抵抗器４０５と直列接続の抵抗器４０６から構成される電圧基準に接続される。電圧基準は、比較がそれを超えると意味があるレベル、すなわち、電流Ｉｒｉｐｐｌｅが有用な情報を担持するときのレベルを規定する。
抵抗器４００及びダイオード４０４並びに抵抗器４０２及びダイオード４０３は、信号の正の部分の比較を可能にするため電圧クランプを実施する。比較器４０１及び４０５の入力における負電圧は、ダイオード閾値電圧を超えない。
図４ｂは、この発明の第２の実現モードによる電解コンデンサ状態監視システムの比較モジュールのアナログ部分の第２の例を示す。
電圧リップルＶｒｉｐｐｌｅは、抵抗器４５８の第１の端子及び比較器４５２の正入力が接続されるリップル比較モジュール２２１の第１の入力に提供される。比較器４５２を用いて、Ｖｒｉｐｐｌｅが４５０、４５１によって生成される電圧基準を上回っているときに信号を生成し、次に、比較を実施することができるときを規定する。
抵抗器４５８の第２の端子は、増幅器４５９の負入力及び抵抗器４５７の第１の端子に接続される。抵抗器４５８、４５７、４６０、４６２に取り囲まれた増幅器４５９は、Ｖｒｉｐｐｌｅと推定電圧リップルＶｅｓｔとの間の電圧差を測定するために使用される差動増幅器を構成する。
推定電圧リップルＶｅｓｔは、抵抗器４６０の第１の端子が接続されるリップル比較モジュール２２１の第２の入力に提供される。
抵抗器４６０の第２の端子は、比較器４５９の正入力及び抵抗器４６２の第１の端子に接続される。
抵抗器４６２の第２の端子は、グラウンドに接続される。
抵抗器４５７の第２の端子は、増幅器４５９の出力、比較器４６５の正入力、及び抵抗器４５３の第１の端子に接続される。
抵抗器４５３の第２の端子は、ダイオード４５４のカソード及び比較器４５６の負入力に接続される。
ダイオード４５４のアノードは、グラウンドに接続される。
抵抗器４５５の第１の端子は、正電源に接続される。抵抗器４５５の第２の端子は、比較器４５６の正入力及び調整可能抵抗器４６３の第１の端子に接続される。
調整可能抵抗器４６３の第２の端子は、比較器４６５の負入力及び抵抗器４６４の第１の端子に接続される。
抵抗器４６４の第２の端子は、負電源に接続される。
抵抗器４５５、４６３、及び４６４から構成される抵抗分割器を用いて、増幅器４５９によって送出される差信号と比較するための、一方は正、一方は負の２つの基準電圧が生成される。その目的は、ＶｒｉｐｐｌｅとＶｅｓｔが同様であるか否か、すなわち、両者間の差が、抵抗器４６３によって調整される所定の値を超えないか否かをチェックすることである。
比較器４６５の出力は、抵抗器４６６の第１の端子に接続される。
抵抗器４６６の第２の端子は、ダイオード４６７のカソードに接続される。
ダイオード４６７のアノードは、グラウンドに接続される。
図５は、この発明の第１及び第２の実現モードによる電解コンデンサ状態監視システムの比較モジュールのデジタル及びフィルタリング部分の例を示す。
リップル比較モジュール２０１又は２２１のデジタル及びフィルタリング部分の第１の入力は、ＡＮＤゲート５０１の第１の入力が接続される比較器４０１又は４５６によって提供される信号を受信する。
リップル比較モジュール２０１又は２２１のデジタル及びフィルタリング部分の第２の入力は、ＡＮＤゲート５０１の第２の入力が接続される比較器４０５又は抵抗器４６６によって提供される信号を受信する。
リップル比較モジュール２０１又は２２１のデジタル及びフィルタリング部分の第３の入力は、バッファ５１２の入力が接続される比較器４０５又は４５２によって提供される信号を受信する。
ＡＮＤゲート５０１の出力は、スイッチ５１１の第１の端子に接続される。スイッチ５１１及びバッファ５１２は、３状態バッファを示す。
バッファ５１２の出力は、スイッチ５１１を制御する。
スイッチ５１１の出力は、抵抗器５１３の第１の端子に接続される。
抵抗器５１３の第２の端子は、処理ユニット１００と、コンデンサ５１４の第１の端子とに接続される。コンデンサ５１４の他の端子は、グラウンドに接続される。
バッファ５１２の入力が論理状態「１」になる、すなわち、３状態バッファがイネーブルされる場合、スイッチ５１１は閉鎖し、コンデンサ５１４は、ＡＮＤゲート５０１の出力の論理状態に応じて、抵抗器５１３を通して充電又は放電する。バッファ５１２の入力が論理状態「０」になる、すなわち、３状態バッファがディセーブルされる場合、スイッチ５１１は開口し、コンデンサ５１４の充電状態は変化しない。
図６は、電解コンデンサ状態監視システムの処理ユニットのアーキテクチャを示す。
処理ユニット１００は、例えば、バス６０１によってともに接続されるコンポーネント及び図７又は図８で開示するようなプログラムによって制御されるプロセッサ６００に基づくアーキテクチャを有する。
バス６０１は、プロセッサ６００を、読出し専用メモリＲＯＭ６０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ６０３、入出力Ｉ／Ｏ ＩＦインターフェース６０５、及びアラームインターフェース６０６にリンクする。メモリ６０３は、図７又は図８で開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの変数及び命令を受信することを意図されたレジスタを含む。
プロセッサ６００は、入出力Ｉ／Ｏ ＩＦインターフェース６０５を通して、検知された温度を受信し、アナログ又はデジタルである場合がある信号をデジタル及びフィルタリング部分から出力し、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートするデジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊの値を修正するためにコマンド信号を転送する。
プロセッサ６００は、電解コンデンサの寿命終了を検出すると、例えばＬＥＤ又はアラーム信号であるアラームモジュール６０６に指令する。
読出し専用メモリ又は場合によってはフラッシュメモリ６０２は、図７又は図８で開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含み、処理ユニット１００が電源をオンにされると、ランダムアクセスメモリ６０３に転送する。
処理ユニット１００は、パーソナルコンピュータ(ＰＣ)、デジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)、又はマイクロコントローラ等のプログラム可能なコンピューティング機械によって命令のセット又はプログラムを実行することによるソフトウェアで実装することができるか、又はそうでなければ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(ＦＰＧＡ)又は特定用途向け集積回路(ＡＳＩＣ)等の機械又は専用コンポーネントによるハードウェアで実装することができる。
換言すれば、処理ユニット１００は、図７又は図８で開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムを処理ユニット１００に実施させる、回路要素又は回路要素を含むデバイスを含む。
図７は、この発明の第１の実現モードによる電解コンデンサの状態監視のためのアルゴリズムを示す。
より厳密には、本アルゴリズムは、処理ユニットのプロセッサ６００によって実行される。
本アルゴリズムは、例えば、分単位又は時間単位又は日単位の周期性で周期的に実行される。プロセッサ６００の内部タイマ、又はソフトウェアによってエミュレートされるタイマを用いて、本アルゴリズムを実行するときがいつであるかを判定することができる。本アルゴリズムはまた、ＥＳＲの推定値が必要とされるときにいつでも実行することができる。
ステップＳ７００において、本アルゴリズムが開始する。
次のステップＳ７０１において、プロセッサ６００は、リップル比較モジュール２０１から比較結果を得る。
次のステップＳ７０２において、プロセッサ６００は、ステップＳ７０１で得られた比較結果がＶｃｃ／２より大きいか否かをチェックする。ここで、Ｖｃｃは論理電源の電圧レベルである。Ｖｃｃ／２が、論理レベル「０」に対応する電気レベルと論理レベル「１」に対応する電気レベルとの間の平均電圧であることに留意されたい。
ステップＳ７０１で得られた比較結果がＶｃｃ／２より大きい場合、プロセッサ６００は、ステップＳ７０４に移動し、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートする固体調整可能抵抗器の値を減分する。その後、プロセッサ６００は、ステップＳ７０５に移動する。
ステップＳ７０１で得られた比較結果がＶｃｃ／２より大きくない場合、プロセッサ６００は、ステップＳ７０３に移動し、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートする固体調整可能抵抗器の値を増分する。その後、プロセッサ６００は、ステップＳ７０５に移動する。
次のステップＳ７０５において、本アルゴリズムの以前の実行時に確定された以前の所定の数の値とともにステップＳ７０３又はＳ７０４において確定された固体調整可能抵抗器の現在の値を考慮することによって、固体調整可能抵抗器の連続する値の平均化が実施される。
次のステップＳ７０６において、プロセッサ６００は、固体調整可能抵抗器の平均値を用いて電解コンデンサのＥＳＲを推定する。
次のステップＳ７０７において、プロセッサ６００は、センサＴ°から温度を得る。電解コンデンサの内部温度を測定することが可能でないため、ケース温度の尺度が、代わりに使用される。例えば、温度センサは、例えば電解コンデンサのパッケージに接着されたサーミスタ、熱電対又は集積化温度センサである。
次のステップＳ７０８において、プロセッサ６００は、初期化プロシージャが終了しているか否かをチェックする。初期化プロシージャが既に終了している場合、プロセッサ６００は、ステップＳ７０９に移動し、そうでなければ、温度値Ｔ及びその温度における推定ＥＳＲが初期プロシージャに戻され、それにより、温度の関数としてのＥＳＲの様々な寿命終了値、ＥＳＲｆａｕｌｔのテーブルが構築される。
次のステップＳ７０９において、プロセッサ６００は、ステップＳ７０７で得た温度の関数としての寿命終了ＥＳＲ値を確定する。値ＥＳＲｆａｕｌｔは、有利には、初期化プロシージャ中に確定される事前計算された値を使用することによって確定される。
電解コンデンサは、そのＥＳＲパラメーターがその健康な状態に比べて大幅に増加したとき、すなわち、推定ＥＳＲが、ＥＳＲの初期値から導出されたＥＳＲの寿命終了値より大きいときに経年変化したとみなされる。通常、ＥＳＲの寿命終了値はＥＳＲの初期値より２倍又は３倍大きい。
ＥＳＲの初期値は、幾つかの方法で確定することができる、すなわち、データシートから取出すことができるか又は以前の測定値から推測することができる。代替的に、ＥＳＲの初期値は、最初の数時間又は数日の動作中に電解コンデンサ状態監視システムによって確定することができる。
次のステップＳ７１０において、プロセッサ６００は、電解コンデンサのＥＳＲの推定値が寿命終了ＥＳＲ値より大きいか否かをチェックする。
電解コンデンサのＥＳＲの推定値が寿命終了ＥＳＲ値より大きい場合、プロセッサ６００は、ステップＳ７１０に移動する。そうでなければ、プロセッサ６００は本アリゴリズムを中断する。
ステップＳ７１０において、プロセッサ６００は、電解コンデンサがその寿命終了に達したこと、及び、メンテナンスプロシージャが必要とされることを示すアラーム信号の転送を指令する。
図８は、この発明の第２の実現モードによる電解コンデンサの状態監視のためのアルゴリズムを示す。
より厳密には、本アルゴリズムは、処理ユニットのプロセッサ６００によって実行される。
本アルゴリズムは、例えば、分単位又は時間単位又は日単位の周期性で周期的に実行される。
ステップＳ８００において、本アルゴリズムが開始する。
次のステップＳ８０１において、プロセッサ６００は、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートする固体調整可能抵抗器に異なる値を転送し、転送されたそれぞれの値について、リップル比較モジュール２２１から比較結果を得る。
次のステップＳ８０２において、プロセッサ６００は、比較の結果の最大値に対応する固体調整可能抵抗器の値を、その最大値が過去に格納した値より大きい場合に記憶する。
ステップＳ８０１及びＳ８０２を結合することができることがここで留意されなければならない。その場合、結果の最大値に対応する固体調整可能抵抗器の値だけが記憶される。温度もまた、そのステップで測定される。プロセッサ６００はセンサＴ°から温度を得る。
電解コンデンサの内部温度を測定することが可能でないため、ケース温度の尺度が、代わりに使用される。例えば、温度センサは、例えば電解コンデンサのパッケージに接着されたサーミスタ、熱電対又は集積化温度センサである。
次のステップＳ８０３において、プロセッサ６００は、格納されたデジタル的に調整可能な抵抗器の値Ｒａｄｊを使用して電解コンデンサのＥＳＲを推定する。
次のステップＳ８０４において、プロセッサ６００は、初期化プロシージャが終了しているか否かをチェックする。初期化プロシージャが終了した場合、実行は、ステップＳ８０５に対して継続され、そうでなければ、ステップＳ８０２で確定された温度値及びステップＳ８０３で確定された推定ＥＳＲが初期プロシージャに戻され、それにより、温度の関数としての様々なＥＳＲｆａｕｌｔ値のテーブルが構築される。
次のステップＳ８０５において、プロセッサ６００は、ステップＳ８０２で確定された温度について、寿命終了ＥＳＲ値、ＥＳＲｆａｕｌｔを確定する。
電解コンデンサは、そのＥＳＲパラメーターがその健康な状態に比べて著しく増加したときに、すなわち、推定ＥＳＲが、ＥＳＲの初期値から導出されるＥＳＲの寿命終了値より大きいときに、経年変化したとみなされる。通常、ＥＳＲの寿命終了値は、ＥＳＲの初期値より２倍又は３倍大きい。
ＥＳＲの初期値は、幾つかの方法で確定することができる、すなわち、データシートから取出すことができるか又は以前の測定値から推測することができる。代替的に、ＥＳＲの初期値は、最初の数時間又は数日の動作中に電解コンデンサ状態監視システムによって確定することができる。
次のステップＳ８０６において、プロセッサ６００は、電解コンデンサのＥＳＲの推定値が寿命終了ＥＳＲ値より大きいか否かをチェックする。
電解コンデンサのＥＳＲの推定値が寿命終了ＥＳＲ値より大きい場合、プロセッサ６００は、ステップＳ８０７に移動する。そうでなければ、プロセッサ６００は本アリゴリズムを中断する。
ステップＳ８０７において、プロセッサ６００は、電解コンデンサがその寿命終了に達したこと、及び、メンテナンスプロシージャが必要とされることを示すアラーム信号の転送を指令する。
図９は、電解コンデンサ状態を監視するためにこの発明によって提供される信号の曲線及び時間経過図である。
９００で記す曲線は、リップル比較モジュール２０１から得られる比較結果を示す。
各ドットは、意思決定、すなわち、固体調整可能抵抗器の値の増加又は減少のために考えられる値を示す。
９１０で記す曲線は、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートするデジタル的に調整可能な抵抗器Ｒａｄｊがとる様々な値を示す。
Ｔ°で記す曲線は、温度の様々な値を示す。
９２０で記す曲線は、ＥＳＲの寿命終了値が現在の温度に関して調整される例を示す。
９３０で記す曲線はＥＳＲの推定値を示し、９４０で記す曲線は、電解コンデンサのＥＳＲの推定値が、寿命終了ＥＳＲ値より大きい場合に高いレベルにセットされるアラーム信号を示す。
Ｔ°、９２０、及び９３０で記す曲線は、監視アルゴリズムの評価ごとに更新される数値である。
図１０は、電解コンデンサ状態を監視するためにこの発明によって提供される信号の曲線及び時間経過図である。
１０００で記す曲線は、リップル比較モジュール２２１から得られる比較結果を示す。
１０１０で記す曲線は、電解コンデンサのＥＳＲをエミュレートする固体調整可能抵抗器がとる様々な値を示す。
Ｔ°で記す曲線は、温度の様々な値を示す。
１０２０で記す曲線は、新しい最大が見出される度にのみ格納され更新される固体調整可能抵抗器の値を示す。
１０３０で記す曲線は、温度の記憶された様々な値を示し、新しい最大が見出される度にのみ更新される。
１０４０で記す曲線は、記憶済みの温度の関数としての、ＥＳＲの記憶済みの寿命終了値、ＥＳＲｆａｕｌｔを示す。
１０５０で記す曲線はＥＳＲの記憶された推定値を示し、１０６０で記す曲線は、電解コンデンサのＥＳＲの推定値が、寿命終了ＥＳＲ値より大きい場合に高いレベルを有するアラーム信号を示す。
１０１０、Ｔ°、１０２０、１０３０、１０４０及び１０５０で記す曲線は、監視アルゴリズムの評価ごとに更新される数値である。
当然のことながら、この発明の範囲から逸脱することなく、上述したこの発明の実施の形態に対して多くの変更を行うことができる。

Claims (12)

  1. 電解コンデンサ状態をオンラインで監視する方法であって、
    前記電解コンデンサの両端の電圧リップル及び前記電解コンデンサを通して流れる電流リップルを測定するステップと、
    前記電解コンデンサの温度を測定するステップと、
    コンデンサ及び固体調整可能抵抗器を備えるコンデンサモデルを使用して、前記被監視電界コンデンサをエミュレートするステップと、
    測定リップルの１つを前記コンデンサモデルに適用するステップと、
    前記コンデンサモデルによって提供される推定リップルと前記コンデンサモデルに適用されない他の測定リップルとの間の誤差を最小にするために前記固体調整可能抵抗器を調整するステップと、
    前記固体調整可能抵抗器の値を使用して前記被監視電界コンデンサの等価直列抵抗を推定するステップと、
    を含む、方法。
  2. 前記電解コンデンサの温度及び前記被監視電界コンデンサの初期等価直列抵抗の関数として寿命終了限界値を確定するステップと、
    前記被監視電界コンデンサの前記等価直列抵抗の前記推定値と、前記寿命終了限界値とを比較するステップと、
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記コンデンサモデルのコンデンサの静電容量は、前記被監視電界コンデンサの公称静電容量に比例する固定静電容量値である、請求項２に記載の方法。
  4. 前記等価直列抵抗の前記推定値が前記寿命終了限界値を超えている場合、警報信号を発するステップを更に含む、請求項２または３に記載の方法。
  5. 電解コンデンサ状態を監視するシステムであって、
    前記電解コンデンサの両端の電圧リップル及び前記電解コンデンサを通して流れる電流リップルを測定する手段と、
    前記電解コンデンサの温度を測定する手段と、
    コンデンサ及び固体調整可能抵抗器を備えるコンデンサモデルを使用して、前記被監視電界コンデンサをエミュレートする手段と、
    前記測定リップルの１つを前記コンデンサモデルに適用する手段と、
    前記コンデンサモデルによって提供される推定リップルと前記コンデンサモデルに適用されない他の測定リップルとの間の誤差を最小にするために前記固体調整可能抵抗器を調整する手段と、
    前記固体調整可能抵抗器の値を使用して前記被監視電界コンデンサの等価直列抵抗を推定する手段と、
    を備える、システム。
  6. 前記電解コンデンサの温度及び前記被監視電界コンデンサの初期等価直列抵抗の関数として寿命終了限界値を確定する手段と、
    前記被監視電界コンデンサの前記等価直列抵抗の前記推定値と、前記寿命終了限界値とを比較する手段と、
    を更に備える、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記測定電圧リップルをフィルタリングする手段と、
    前記測定電流リップルをフィルタリングする手段と、
    を更に備える、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記コンデンサモデルのコンデンサの静電容量は、前記被監視電界コンデンサの公称静電容量に比例する固定静電容量値である、請求項６または７に記載のシステム。
  9. 前記等価直列抵抗の前記推定値が前記寿命終了限界値を超えている場合、警報信号を発する手段を更に備える、請求項６から８までのいずれか１項に記載のシステム。
  10. 前記コンデンサモデルによって提供されるリップル推定値と前記コンデンサモデルに適用されない前記他の測定リップルとの間の誤差の確定は、前記コンデンサモデルに適用されない前記他の測定リップルが前記コンデンサモデルによって提供される前記リップル推定値より大きいか否かを時間領域でチェックすることによって実施される、請求項５から９までのいずれか１項に記載のシステム。
  11. 前記コンデンサモデルによって提供されるリップル推定値と前記コンデンサモデルに適用されない前記他の測定リップルとの間の誤差の確定は、前記コンデンサモデルに適用されない前記他の測定リップルが前記コンデンサモデルによって提供される前記推定値と同様であるか否かを時間領域でチェックすることによって実施される、請求項５から９までのいずれか１項に記載のシステム。
  12. 前記電解コンデンサを通る前記電流リップルを測定する手段は、前記電解コンデンサを通して流れる電流のスケーリング済みイメージを提供する電流センサから構成される、請求項６から１１までのいずれか１項に記載のシステム。
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