JP2018004264A - 電源検査装置およびプローブ - Google Patents
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Abstract
Description
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1における電源検査装置1の構成を表わす図である。
スイッチ21は、オンのときに、測定端子71と、内部電源レギュレータ31とを接続させる。これにより、DC電源2からの電力が、内部電源レギュレータ31に供給される。スイッチ21は、オフのときに、測定端子71と内部電源レギュレータ31とを接続させない。これにより、DC電源2からの電力が、内部電源レギュレータ31に供給されない。
前処理部11は、ローパスフィルタおよびアンプを備える。測定端子71を介して入力されたDC電源2のアナログ電圧信号に対して、ローパスフィルタによるフィルタリングを行うことで、スイッチングノイズの影響を除去する。さらに、アンプを通過させることにより、入力されたアナログ電圧信号を、データ処理に適した所望の電圧値に増幅する。
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。演算部14は、算出した平均値が、規定の電圧範囲内であるか否かを判断し、平均値が規定の電圧範囲外の場合には、DC電源2の出力が不安定であるため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、条件設定スイッチ部40により設定可能である。第1の劣化診断によって、DC電源2の出力の安定度を定量的に診断することができる。
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スイッチングリップル電圧として算出する。DC電源2内のアルミ電解コンデンサが劣化している場合には、このスイッチングリップル電圧が増加する。したがって、演算部14は、算出したスイッチングリップル電圧が、閾値未満であるか否かを判断し、スイッチングリップル電圧が、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「閾値」は、条件設定スイッチ部40により設定可能である。第2の劣化診断によって、アルミ電解コンデンサの劣化診断を定量的に行うことができる。
測定端子71とDC電源2の出力部をプローブ2aにより電気的に接続する。
(1)測定時間の短縮
サンプリングレートおよびサンプリング数の設定に依存するが、例えば、診断用のサンプリングレートを0.01MHz、サンプリング数を1024点とすると、データを収集する時間は、約0.1sである。それゆえ、第1の劣化診断、第2の劣化診断を実行するための複数の測定データの収集を、短時間で完了させることができる。
電圧の測定中は、表示部などの動作を停止させ、データをメモリ13に書き込んだ後は、ADC12、FPGAなどの動作を停止させているので、消費電力を抑えることができる。
メモリ13内のデータを用いて、DC電源2の出力電圧の安定性と、アルミ電解コンデンサの劣化状態を定量的に診断することができる。
本実施の形態では、以下の2点から、電源検査装置1を小型化することができる。
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。
DC電源2からの電圧の測定後には、比較的消費電力の大きいADC12、FPGAは、動作を停止させるとともに、電圧の測定時間を短縮できる。これによって、このような素子からの放熱量を抑えることができるので、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。
本実施の形態では、電源検査装置1は、表示部50、ドライバ60、および条件設定スイッチ部40を含むものとしたが、これらのうちのいずれか、またはすべてを含まないものとしてもよい。
本実施の形態の電源検査装置は、DC電源2からの電力供給が不可能な場合に備えて、外部電源からの電力供給を可能とする構成を備える。
この電源検査装置61が、実施の形態1と相違する点は、外部電源端子72を備える点と、スイッチ221およびスイッチ信号発生部222の機能である。
スイッチ信号発生部222は、演算部14からの指示信号に従って、第1のスイッチ信号、第2のスイッチ信号、および第3のスイッチ信号を出力する。
図4は、実施の形態3における電源検査装置1とDC電源2とを接続するためのプローブ101を説明するためのブロック図である。
ケーブル部200は、反射波を減衰するための抵抗(ケーブル1mあたり少なくとも 1Ω 以上、ケーブル1mあたり少なくとも 100Ω 以上が望ましい)を有する信号線201と、低抵抗(ケーブル1mあたり概ね 0.2Ω 未満)な導体を有するグラウンド線225、および低抵抗な導体を有する電源線211とで構成される。また、方形波を観測した際に生じるオーバーシュート(またはアンダーシュート)を抑制するために、信号線201へ抵抗(望ましくは無誘導の抵抗)および、信号線201とグラウンド線225との間に抵抗と可変キャパシタとを直列に挿入した補正回路、を必要に応じて追加することがある。
図6は、実施の形態4のスイッチ部120およびケーブル部200を表わす図である。
本実施の形態では、スイッチ部120は、演算部14からの制御信号によって、オフとなるのではなく、スイッチ部120は、電源線211に流れる電流の変化が予め設定された変化を示すときにオフとなる。
充電電流Iの大きさは、時刻t1まで一定値I0であるが、時刻t1以降減少する。減少するときの充電電流Iの大きさは、時定数τの過渡応答曲線となる。
Claims (18)
- DC電源の劣化診断を行う電源検査装置であって、
前記DC電源の電源電圧を受ける測定端子と、
前記測定端子を介して前記DC電源から給電される電力が蓄積可能なバッテリと、
前記バッテリに蓄積された電力を用いて、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アナログ・デジタル変換回路と、
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DC電源の劣化の有無を判定する演算部とを備える、電源検査装置。 - 前記測定端子に入力される前記DC電源の電圧を前記アナログ・デジタル変換回路および前記演算部の駆動電圧に変換し、前記駆動電圧を前記バッテリおよび前記演算部に供給可能に構成された内部電源レギュレータと、
前記測定端子と前記内部電源レギュレータの間に配置されたスイッチとをさらに備え、
前記アナログ・デジタル変換回路が前記変換中において、前記スイッチはオフとなり、前記バッテリに蓄積された電力が前記アナログ・デジタル変換回路に供給される、請求項1記載の電源検査装置。 - 前記演算部が前記判定中において、前記スイッチがオンとなり、前記内部電源レギュレータが、前記DC電源の電圧を駆動電圧に変換して、前記駆動電圧を前記演算部に供給する、請求項2記載の電源検査装置。
- DC電源の劣化診断を行う電源検査装置であって、
前記DC電源の電源電圧を受ける測定端子と、
外部電源の電源電圧を受ける外部電源端子と、
前記測定端子を介して前記DC電源から給電される電力および前記外部電源端子を介して前記外部電源から給電される電力が蓄積可能なバッテリと、
前記外部電源から給電される電力または前記バッテリの電力を用いて、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アナログ・デジタル変換回路と、
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DC電源の劣化の有無を判定する演算部とを含む、電源検査装置。 - 前記外部電源端子に入力される前記外部電源の電圧または前記測定端子に入力される前記DC電源の電圧を前記アナログ・デジタル変換回路および前記演算部の駆動電圧に変換し、前記駆動電圧を前記バッテリ、前記演算部および前記アナログ・デジタル変換回路に供給可能に構成された内部電源レギュレータと、
前記測定端子と前記内部電源レギュレータとを接続させる状態、前記外部電源端子と前記内部電源レギュレータとを接続させる状態、または前記測定端子および前記外部電源端子のいずれも前記内部電源レギュレータと接続させない状態に切換え可能なスイッチとをさらに備える、請求項4記載の電源検査装置。 - 前記アナログ・デジタル変換回路が前記変換中において、
前記スイッチが、前記外部電源端子と前記内部電源レギュレータとを接続し、かつ前記内部電源レギュレータが、前記外部電源の電圧を駆動電圧に変換して、前記駆動電圧を前記アナログ・デジタル変換回路に供給する、請求項5記載の電源検査装置。 - 前記アナログ・デジタル変換回路が前記変換中において、
前記スイッチが、前記測定端子および前記外部電源端子の両方を前記内部電源レギュレータと接続させず、かつ前記バッテリの電力が、前記アナログ・デジタル変換回路に供給される、請求項5記載の電源検査装置。 - 前記演算部が前記判定中において、前記スイッチが、前記測定端子と前記内部電源レギュレータとを接続させ、かつ前記内部電源レギュレータが、前記演算部に電力を供給する、請求項5記載の電源検査装置。
- 前記演算部が前記判定中において、前記スイッチが、前記外部電源端子と前記内部電源レギュレータとを接続させ、かつ前記内部電源レギュレータが、前記演算部に電力を供給する、請求項5記載の電源検査装置。
- 前記複数のデジタル信号を記憶するメモリをさらに備え、
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、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電源検査装置。 - 前記演算部は、前記複数のデジタル信号の平均値が規定の電圧範囲内であり、かつ、前記複数のデジタル信号の最大値と最小値の差が閾値未満の場合に、前記DC電源が劣化していないと診断する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電源検査装置。
- 前記演算部は、前記複数のデジタル信号の平均値が前記規定の電圧範囲外の場合に、前記DC電源の出力が不安定であるため劣化していると診断する、請求項11に記載の電源検査装置。
- 前記演算部は、前記複数のデジタル信号の最大値と最小値の差が前記閾値以上の場合に、前記DC電源に含まれるアルミ電解コンデンサが劣化していると診断する、請求項11に記載の電源検査装置。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の電源検査装置に接続可能なプローブであって、
前記測定端子に接続される第1の端子と、
前記DC電源の電源端子と接続する第2の端子と、
前記第1の端子と、前記第2の端子の間を接続するケーブル部およびスイッチ部とを備え、
前記ケーブル部は、
反射波を減衰するための抵抗を有する信号線と、
電力を供給するための導体を有する電源線と、
導体を有するグラウンド線とを含み、
前記スイッチ部がオンのときに前記電源線と前記信号線とが接続し、前記スイッチ部がオフのときに、前記電源線と前記信号線とが分断する、プローブ。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の電源検査装置に接続可能なプローブであって、
前記測定端子に接続される第1の端子と、
前記DC電源の電源端子と接続する第2の端子と、
前記第1の端子と、前記第2の端子の間を接続するケーブル部およびスイッチ部とを備え、
前記ケーブル部は、
反射波を減衰するための抵抗を有する信号線と、
反射波を減衰するための抵抗を有するグラウンド線と、
電力を供給するための導体を有する信号線側電源線と、
導体を有するグラウンド側電源線とを含み、
前記スイッチ部がオンのときに、前記信号線側電源線と前記信号線とが接続し、かつ前記グラウンド側電源線と前記グラウンド線とが接続し、
前記スイッチ部がオフのときに、前記信号線側電源線と前記信号線とが分断し、かつ前記グラウンド側電源線と前記グラウンド線とが分断する、プローブ。 - 前記電源検査装置からの信号に基づいて、前記スイッチ部がオフとなる、請求項14または15記載のプローブ。
- 前記電源線に流れる電流の変化が予め設定された変化を示すときに、前記スイッチ部がオフとなる、請求項14記載のプローブ。
- 前記信号線側電源線に流れる電流の変化が予め設定された変化を示すときに、前記スイッチ部がオフとなる、請求項15記載のプローブ。
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