JP5430105B2 - 電源供給システム - Google Patents

Description

本発明は、ＡＣアダプタから電力を供給する超音波診断装置などの電気機器への電源供給システムにおいて、ＡＣアダプタ内部での発熱による温度異常が生じた場合に、火災などの被害を未然に防止する電源供給システムに関する。

従来のＡＣアダプタを含む電源供給システムは、図４に示すように直流電圧で動作する各種電気機器５００に対して出力ケーブルＣ１を通じてＡＣアダプタ４００から直流電圧を供給し、このＡＣアダプタ４００から出力された直流電圧は、電気機器５００側に設けられた比較器５０１により電圧の変化が監視されており、電気機器５００側からケーブルＣ２を介してフィードバックされる電気信号に基づいて、ＡＣアダプタ４００は適切な電圧が出力されるように制御されている。また、電気機器５００側で、温度の異常な上昇を検出した場合には、電気機器５００の安全確保のため温度センサ５０２からの電源遮断信号をケーブルＣ２を介してＡＣアダプタ４００に伝送し、ＡＣアダプタ４００の出力電圧を停止させている。（例えば下記の特許文献１参照）
特開２００３−３３０３４号公報（明細書の段落００１２、図１）

しかしながら、従来は、上記のように電気機器側での異常な温度上昇については対応が検討されていたが、ＡＣアダプタ側では、配線の短絡などにより過剰な電流が流れたような場合の発熱による火災などを防止するため、ＡＣアダプタ内部にヒューズなどを設けて商用電源からＡＣアダプタへの電源供給を遮断するなどとしていた。このような場合に、ＡＣアダプタに接続されている電気機器には、直流電圧の供給が急に途絶えることになるため、電気機器側で処理中であったデータなどの貴重な情報を消失してしまうという問題があった。また、上記のように電気機器５００とＡＣアダプタ４００との間に、電源供給とは別に制御用（電源遮断用）の専用ケーブルＣ２を設ける場合は、このケーブルＣ２が何かの要因で断線などすると、電気機器側の安全性を確保できないという問題点もあった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、ＡＣアダプタ内部で温度の異常な上昇が発生した場合、電気機器側で容易に検出することができ、ＡＣアダプタからの電力の供給が完全に停止されるまでの間に電気機器側で診断中のデータなどの貴重な情報を退避できる電源供給システムを提供することを目的とする。

本発明の電源供給システムは、交流電圧を直流電圧に変換し前記直流電圧を出力するＡＣ／ＤＣ変換手段と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換手段の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの出力値が所定の範囲に入ったことを検出して温度検出信号を出力する温度検出手段と、
前記温度検出信号を受信した場合に前記ＡＣ／ＤＣ変換手段に前記直流電圧の電圧値を変更させる出力制御手段と、
前記直流電圧の電圧値に基づいて異常信号を生成する電圧検出手段と、
記憶手段と、
前記電圧検出手段が生成した前記異常信号に基づいて電気機器で処理中のデータを前記記憶手段に記憶させる警告信号生成手段とを備え、
前記ＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記温度センサと、前記温度検出手段と、前記出力制御手段はＡＣアダプタに含まれ、前記電圧検出手段が前記ＡＣアダプタから前記直流電圧が供給される前記電気機器に含まれる。

この構成により、ＡＣアダプタ内部で異常な温度上昇が発生した場合、電気機器側で直ちに検出され、電気機器の画像、操作設定及び数値などの情報を安全に退避する時間を確保できる。

本発明の電源供給システムでは、ＡＣアダプタの異常を電気機器側で検知することができるため、ＡＣアダプタの出力電圧がシャットダウンする前に、電気機器側で貴重な医療診断情報などが消滅することを回避する時間が確保される。そして、ＡＣアダプタ側でも商用電源との接続を遮断するため、ＡＣアダプタの異常温度による火災などの被害の発生を防止することができる。また、電気機器とＡＣアダプタ間には特別にケーブルを設けなくとも出力電圧の変化によりＡＣアダプタの異常状態をＡＣアダプタから電気機器側に通知できる効果を有する。

以下、本発明の実施の形態として超音波診断装置に本発明の電源供給システムを適用した場合について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態を示すブロック図を図１に示す。

図１に示すように、本発明の実施の形態の超音波診断装置のブロック図において、ＡＣアダプタ１００内に設けられているＡＣ／ＤＣ変換手段１０１は商用交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、変換された直流電圧を超音波診断装置２００に出力するように構成されている。ＤＣ出力制御手段１０２はＡＣ／ＤＣ変換手段１０１で変換された直流電圧を規定の電圧に維持するために、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１にフィードバック信号を出力している。温度検出手段１０４は、ＡＣアダプタ１００内の温度の異常を検出して、温度検出信号をＤＣ出力制御手段１０２と遅延手段１０３に出力する。遅延手段１０３は、温度検出手段１０４からの温度検出信号に応答して一定の遅延時間を経過した後に、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１の出力電圧を停止（シャットダウン）させるための駆動停止信号を出力する。

超音波診断装置２００では、ＤＣ／ＤＣ変換手段２０１がＡＣアダプタ１００のＡＣ／ＤＣ変換手段１０１からケーブル３００を介して供給される直流電圧を超音波診断装置２００内の表示手段２０３やその他の図示しない回路で要求される所定の電圧に変換し、供給している。また、同時に、電圧検出手段２０２はＡＣアダプタ１００のＡＣ／ＤＣ変換手段１０１から供給される直流電圧を監視し、基準電圧より所定の低い電圧が検出された場合、電圧が異常である旨の制御信号を警告信号生成手段２０４に出力する。警告信号生成手段２０４は電圧検出手段２０２からの信号に従って、表示信号を表示手段２０３に出力する。表示手段２０３は警告信号生成手段２０４からの警告信号に基づき、ＡＣアダプタ１００の出力が間もなく停止する旨の警告を表示する。

以上のように構成された本発明の電源供給システムについて、以下にその動作を詳細に説明する。図３はＡＣアダプタ１００の詳細な構成を示す回路図である。

図３のＡＣアダプタ１００は、図１に示したように商用交流電源のコンセント１００ａから入力した交流入力電圧（１００Ｖ又は２００Ｖ）を例えば２４Ｖの直流電圧に変換した後、３芯ケーブルを経由して超音波診断装置２００に供給するように構成されている。図３のＡＣ／ＤＣ変換手段１０１は、ＡＣ／ＤＣ変換機能を実現するために、交流電圧を整流・平滑化するためのブリッジ整流ダイオード１０５及び平滑用のコンデンサ１０６と、整流・平滑化した直流電圧を所定値の直流電圧に変換するためのコンバータトランス１０７、そしてＡＣ／ＤＣ変換制御用の汎用ＩＣ（例えばＭＢ２０４１Ａ）であるＩＣ１０９で構成されている。コンバータトランス１０７の一次側の一方の端子はブリッジ整流ダイオード１０５及び平滑化用のコンデンサ１０６と接続され、さらにコンバータトランス１０７の一次側の他方の端子には、半導体素子で構成された例えばＦＥＴのようなスイッチ素子１０８を介して、ブリッジ整流ダイオード１０５及びコンデンサ１０６の他方の端子と接続されている。ここで、スイッチ素子１０８は、ＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９の後述する制御信号によりコンバータトランス１０７への電力供給を遮断（シャットダウン）することができる。

また、スイッチ素子１０８の制御はＤＣ出力制御手段１０２からＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９への信号に基づいても行われている。この結果、コンバータトランス１０７の二次側における直流電圧の出力は、通常は図２に示すように所定の定電圧出力Ｖｏ１（例えば、Ｖｏ１＝＋２４Ｖ）を得ることができるようになっている。なお、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１はフォワード型、フライバック型のいずれであってもよい。

温度検出手段１０４は、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１の近傍に設けられた温度センサ（図示せず）と接続されており、ＡＣアダプタ１００内部の温度を監視して、何らかの理由で急激に温度が上昇し（例えば、ＡＣアダプタ１００が衣類や毛布などで覆われ、放熱が十分されていない場合など）、検出温度が設定値（図２のＴ１、例えば１００℃）を超えた場合、信号をＤＣ出力制御手段１０２及び遅延手段１０３に出力する。この出力信号によりＤＣ出力制御手段１０２では、抵抗１１０ｂが抵抗１１０ａと並列接続されるようにスイッチ１１２がオンされる。これらの抵抗と直列に接続された抵抗１１０ｃによって分圧されたＡＣ／ＤＣ変換手段１０１の出力電圧は、オペアンプ１１３に入力されて所定の基準電圧１１４と演算されて出力される。

すなわち、抵抗１１０ａと抵抗１１０ｂが並列接続される前の抵抗１１０ａと抵抗１１０ｃが直列接続されている場合のオペアンプ１１３の出力電圧は、基準電圧１１４×（抵抗１１０ａ＋抵抗１１０ｃ）／抵抗１１０ｃであるのに対して、並列接続された後の出力電圧は、基準電圧１１４×（抵抗１１０ａ//抵抗１１０ｂ＋抵抗１１０ｃ）／抵抗１１０ｃとなる。これにより、オペアンプ１１３の出力電圧は並列接続される前よりも低電圧となってこの信号がＡＣ/ＤＣ変換手段１０１に出力され、ＡＣアダプタ１００の出力電圧はＶｏ１よりも低電圧（例えば、図２に示すようにＶo２＝＋２２Ｖ）に変更される。

前述のようにオペアンプ１１３の出力電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１のＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９へフィードバック信号として出力されている。ＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９では、このフィードバック信号に応じてスイッチ素子１０８に出力信号が出される。

ここで、スイッチ１１２は、オプトカプラを使用して構成することが好ましく、これにより高速、安定した動作が保証される。また、オペアンプ１１３の出力にもオプトカプラ又は電磁結合素子１１５を用いることで、ＡＣ/ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９との整合が容易となり、一次側（入力側）と二次側（出力側）の絶縁分離が容易にできて、オペアンプ１１３の出力信号を高速・確実に伝えることができる。

そして、ＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９の出力信号はスイッチ素子であるＦＥＴ１０８のゲートに接続されており、この出力信号の電圧レベルを変えることでＦＥＴ１０８での電圧降下が変化し、コンバータトランス１０７の一次側に加わる電圧を変えることができる。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１から超音波診断装置２００へ出力される電圧が変更される。すなわち、前述のオペアンプ１１３から高電圧となった出力信号に基づいて、ＡＣ/ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９はＦＥＴ１０８での電圧降下を大きくなるように制御し、コンバータトランス１０７の一次側に加わる電圧を低下させることで、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１の出力電圧はＶｏ１からＶｏ２に変更されることになる。

また、温度検出手段１０４からの出力信号は同時に遅延手段１０３にも入力される。遅延手段１０３では、温度検出手段１０４から遅延手段１０３にこの出力信号が入力された時点から、あらかじめ設定された所定の時間（例えば５分）経過後にスイッチ１１７がオンされるようにタイマで構成されており、オンされた信号はＡＣ／ＤＣ変換手段１０１内のＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ１２０にシャットダウン信号として入力される。つまり、この信号によりＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９を動作させて、スイッチ素子であるＦＥＴ１０８のドレイン・ソース間を開放するように、ＦＥＴ１０８のゲートに電圧を印加する。この結果、コンバータトランス１０７の一次側の回路が断線状態となり、商用交流電源からコンバータトランス１０７への電力供給が遮断される。これにより未然にＡＣアダプタ１００が発熱により故障又は発煙・発火することを防止することができる。なお、異常な温度になった原因が取り除かれた後に、再度ＡＣコンセント１００ａ（図１）を商用ＡＣ電源に接続することで、スイッチ１１２、スイッチ１１７、及びＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ１０９はそれぞれリセットされるように構成されており、ＡＣアダプタ１００は正常動作に復帰することができる。

ここで、温度検出手段１０４から遅延手段１０３への接続には、オプトカプラ又は電磁結合素子１１６を用いて接続することが好ましい。これにより、温度検出手段１０４と遅延手段１０３との整合が容易になり、一次側（入力側）と二次側（出力側）の絶縁分離ができて、温度検出信号を高速・確実に伝えることが可能となる。

一方、ＡＣアダプタ１００からの出力電圧は、ケーブル３００を介して超音波診断装置２００のＤＣ／ＤＣ変換手段２０１及び電圧検出手段２０２に入力される（図１）。なお、ＤＣ／ＤＣ変換手段２０１が、正常時の電圧（＋２４Ｖ）に対し低い入力電圧(＋２２Ｖ)でも、超音波診断装置２００の表示装置や記憶装置などの回路の動作に必要な供給電圧はこれよりも低電圧であるため（３．３Ｖ、５Ｖなど）、これらの供給電圧に影響することは無く、超音波診断装置２００の表示装置や記憶装置などは正常に動作する。また、電圧検出手段２０２は入力電圧を所定の基準電圧と常時比較しており、通常電圧（＋２４Ｖ）よりも低い電圧（＋２２Ｖ)が入力されるとＡＣアダプタ１００内での温度の異常が発生してると判断して異常信号を警告信号生成手段２０４に出力する。警告信号生成手段２０４は、異常信号が生じてからの時間を監視しており、ＡＣアダプタ１００の出力が所定時間経過すると（ 図２のＴｄ）停止することを超音波診断装置２００に設けられた表示手段２０３、例えば液晶表示装置に、警報表示、電源が遮断されるまでの残り時間などで表示する。なお、表示手段２０３の代わりにアラーム音などで操作者に警告することも可能である。

ここで、警告信号生成手段２０４で監視する前記の所定時間は前述したＡＣアダプタ１００の遅延手段１０３に設定されている遅延時間（例えば５分）と同一の時間が設定されており、これによって、異常を検出してからＡＣアダプタ１００からの出力電圧が停止するまでの時間を超音波診断装置２００で容易に把握することができ、また、必要なデータを退避する時間が確保されることになる。

そして、表示手段２０３による警告表示又はアラーム音などによって、ＡＣアダプタ１００からの電力の供給が完全に停止するまでに、超音波診断装置２００の操作者は診断中の医療情報データなどを超音波診断装置２００の内部記憶装置などに退避でき、貴重なデータの消失を防止できる。また、電圧検出手段２０２が異常を検出した時に、警告信号生成手段２０４が自動的に必要なデータを内部記憶装置などに退避するように構成することも可能である。

以上のように、本発明によれば、ＡＣアダプタ内部の異常温度の対策として、ＡＣアダプタと超音波診断装置間に電源供給用ケーブル以外の新たな制御用ケーブルを追加することなく、温度検出に対応してＡＣアダプタの出力電圧を変化させる手段を設けることにより、超音波診断装置にＡＣアダプタの異常を知らせることができ、これにより診断中の情報の退避などができるという優れた効果を有しており、ＡＣアダプタを使用し電源が突然遮断されることで貴重なデータが喪失するおそれのある電気機器や情報機器などに有用である。

本発明に係る電源供給システムの概要を示すブロック図 本発明のＡＣアダプタにおける出力電圧と内部温度との関係を示す図 本発明のＡＣアダプタの一実施例を示す回路図 従来の電源供給システムを示す図

符号の説明

１００、４００ ＡＣアダプタ
１０１ ＡＣ／ＤＣ変換手段
１０２ ＤＣ出力制御手段
１０３ 遅延手段
１０４ 温度検出手段
１０９ ＡＣ／ＤＣ変換制御用ＩＣ
１１５、１１６ オプトカプラ又は電磁結合素子
２００ 超音波診断装置
２０１ ＤＣ／ＤＣ変換手段
２０２ 電圧検出手段
２０３ 表示手段
２０４ 警告信号生成手段
５００ 電気機器

Claims (3)

1. 交流電圧を直流電圧に変換し前記直流電圧を出力するＡＣ／ＤＣ変換手段と、
   前記ＡＣ／ＤＣ変換手段の温度を測定する温度センサと、
   前記温度センサの出力値が所定の範囲に入ったことを検出して温度検出信号を出力する温度検出手段と、
   前記温度検出信号を受信した場合に前記ＡＣ／ＤＣ変換手段に前記直流電圧の電圧値を変更させる出力制御手段と、
   前記直流電圧の電圧値に基づいて異常信号を生成する電圧検出手段と、
   記憶手段と、
   前記電圧検出手段が生成した前記異常信号に基づいて電気機器で処理中のデータを前記記憶手段に記憶させる警告信号生成手段とを備え、
   前記ＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記温度センサと、前記温度検出手段と、前記出力制御手段はＡＣアダプタに含まれ、前記電圧検出手段が前記ＡＣアダプタから前記直流電圧が供給される前記電気機器に含まれる電源供給システム。
2. 前記ＡＣ／ＤＣ変換手段は、前記温度検出信号が出力されてから所定時間後に前記直流電圧の出力を停止することを特徴とする請求項１に記載の電源供給システム。
3. 前記電気機器は超音波診断装置であり、
   前記処理中のデータとは前記超音波診断装置で取得された診断中の医療情報データであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源供給システム。