JP2006202538A

JP2006202538A - ヒータ制御装置及びそれを備えた冷蔵庫

Info

Publication number: JP2006202538A
Application number: JP2005010716A
Authority: JP
Inventors: Akira Sakai; 顕酒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】ヒータの制御に伴う様々な出力電源を簡易に作り出し、安定した出力電源を有するヒータ制御装置及びそのヒータ制御装置を備えた冷蔵庫を得る。
【解決手段】交流電源１から供給される交流電圧を整流回路２で直流母線電圧９に変換し、制御部７はその直流母線電圧９の電流と電圧とを電流検出部６と電圧検出部８との検出値に基づいてスイッチング素子４のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、ヒータ５の発熱量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒータ制御装置及びそれを備えた冷蔵庫に関するものである。

一般に、冷蔵庫は、家庭用交流電源（日本国内では、実効値１００Ｖ（ボルト）、周期５０Ｈｚ（ヘルツ）もしくは６０Ｈｚの交流電源）に接続されて、使用されている。その冷蔵庫に搭載されているヒータ制御装置の中には、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御部が制御することでヒータへの通電を調整するものが従来から存在していた（例えば、特許文献１）。また、このような制御部は、低電圧（例えば、５Ｖ）の直流電圧で動作するようなマイコンやコンパレータ等で構成されているものが多い。

低電圧の直流電圧は、通常、家庭用交流電源をダイオード等の整流素子や平滑用コンデンサ等で構成されたコンバータ回路により直流電圧に変換された後、スイッチング電源回路等で所望の低電圧に変換されることで生成されるようになっている。例えば、圧縮機をインバータ制御する冷蔵庫においては、コンバータ回路により生成された直流電圧をトランジスタ等のスイッチング素子で圧縮機モータへの印加電圧を調整し制御するようになっている。

特開平１０−３３２２４９号公報

上述のヒータ制御装置は、ヒータがショートした場合に備えて、ヒューズを用いることが一般的になっている。すなわち、ヒューズの溶断によりヒータへの通電を遮断するようにしている。しかしながら、ヒューズの溶断電流や溶断時間の選定が難しいという問題があった。また、複数の種類のヒータを制御するシステムのような場合には、ヒューズの選定がさらに困難であった。

このように、ヒューズだけを用いている場合には、短絡等の異常電流以外の電流値を検出することができないために、誤ったヒータを製品（冷蔵庫）に接続してもその間違いに気づかないことが多かった。そうすると、不良品を大量に製造してしまうという恐れがあった。また、ヒータの断線を検出するようにした場合には、特性ばらつきが大きな交流トランス（ＡＣＣＴ：ＡＣＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）等のような高価な部品を使用しなければならないために、製品の製造コストがかかってしまうという問題もあった。

ヒータの出力Ｗ（ワット）は、交流電源電圧実効値をＶ、抵抗ヒータの抵抗値をＲ（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）とすると下の式のように表せる。

式（１）によると、交流電圧は一般的には１００Ｖ固定であるため、所望のヒータ出力Ｗを得る為には、ある決まった抵抗値Ｒのヒータを準備する必要がある。また、前記スイッチング素子にトライアック等の半導体素子を使用し、高速にＯＮ時間、ＯＦＦ時間を調整し平均電圧を変えることで、同じ抵抗値Ｒで複数の出力Ｗを作り出すことも可能であるが、電源電圧が交流であるので位相及びその位相の電圧値を考慮する必要が生じ平均電圧を一定に保つことは非常に困難であった。

また、従来の回路では、交流電圧で制御されるヒータの回路（１次側）と、スイッチング素子やインバータ回路等の整流後の直流電圧で駆動する回路（２次側）とは法的に絶縁距離（４ｍｍ以上）を設ける必要があり、基板のサイズが大きくなりがちであった。さらに、複数個の仕様の異なるヒータを搭載する製品（冷蔵庫）を製造する場合、違う仕様のヒータを誤って同じ製品の中に組み込んでしまう恐れがあった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、ヒータの制御に伴う様々な出力電圧を簡易に作り出し、安定した出力電圧を有するヒータ制御装置及びそのヒータ制御装置を備えた冷蔵庫を得ることを目的とする。また、ヒータ制御装置及びそのヒータ制御装置を備えた冷蔵庫の制御回路を搭載する基板のサイズを小さくすることも目的とする。

この発明に係るヒータ制御装置は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路で変換された直流電圧が印加されるヒータと、前記ヒータに直列に接続されたスイッチング素子を有するスイッチング回路とを備え、前記スイッチング回路は、該スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより前記ヒータに印加する直流電圧を調整することを特徴とするものである。

この発明のヒータ制御装置は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路で変換された直流電圧が印加されるヒータと、前記ヒータに直列に接続されたスイッチング素子を有するスイッチング回路とを備え、前記スイッチング回路は、該スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより前記ヒータに印加する直流電圧を調整するように構成したので、交流電圧値に関わらず、同じヒータでさまざまな出力の電圧を簡易に作り出すことができ、またヒータの異常を正確に検出ができ、さらに制御基板を小さくすることができる。

［実施の形態１］
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態１に係るヒータ制御装置１０について説明する。
図１は、実施の形態１に係るヒータ制御装置１０の全体構成を示す概略構成図である。ヒータ制御装置１０は、交流電源１と、ダイオード等の整流回路２と、電圧平滑用コンデンサ３と、トランジスタ等のスイッチング素子４と、ヒータ５と、電流検出部６と、制御部７と、電圧検出部８とで構成されている。交流電源１は、例えば、家庭用交流電源（一般に日本国内では実効値１００Ｖ、海外では実効値２００Ｖ以上の電圧）を示している。整流回路２は、交流電源１から供給される交流電圧を直流電圧に変換する機能を果たす。

電圧平滑用コンデンサ３は、整流回路２で変換された直流電圧をほぼ一定の電圧にする機能を果たす。スイッチング素子４は、制御部７の指示に基づいてヒータ５に印加する直流電圧のＯＮ／ＯＦＦを行なうようになっている。また、ここではスイッチング素子４を１つしか図示していないが、２以上のスイッチング素子４を設けても構わない。

ヒータ５は、冷蔵庫内の除霜や凍結防止等を行なう機能を果たす。また、冷蔵庫に設けた温度設定室の温度を調節する機能も有している。電流検出部６は、ヒータ制御装置１０に流れる直流に変換された電気の電流を検出するものである。

また、直流母線電圧９は、整流回路２で変換された直流電圧を電圧平滑用コンデンサ３でほぼ一定の電圧に平滑したものである。電圧検出部８は、ヒータ５に印加される直流母線電圧９の電圧を検出するものである。制御部７は、電流検出部６と電圧検出部８とからの検出信号に基づいてスイッチング素子４を制御する機能を有している。また、スイッチング素子４と制御部７とでスイッチング回路が構成されるようになっている。すなわち、制御部７は、ヒータ５に流れる電流と電圧とを調整することで、スイッチング素子４を制御するようになっている。さらに言えば、制御部７は、電圧検出部８の検出した直流母線電圧９の電圧値と、電流検出部６の検出したヒータ５に流れる電流値とに基づいてスイッチング素子４のＯＮ／ＯＦＦを調整するようになっている。

次に、ヒータ制御装置１０の動作について説明する。まず、ヒータ制御装置１０は、交流電源１から供給される交流電圧を整流回路２で直流電圧に変換する。変換された直流電圧は、電圧平滑用コンデンサ３でほぼ一定の電圧にされる。ほぼ一定の電圧にされた直流電圧は、直流母線電圧９としてスイッチング素子４やヒータ５に供給されるようになっている。ここで制御部７は、電流検出部６と電圧検出部８とがそれぞれ検出した電流値と電圧値とに基づいてスイッチング素子４のＯＮ／ＯＦＦを調整するようになっている。スイッチング素子４は、制御部７の指示に基づいてヒータ５に印加する直流電圧のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるようになっている。

このように、制御部７とスイッチング素子４とを直流電圧で駆動させるようになっているので、交流電圧で駆動するものと直流電圧で駆動するものとの同一回路内での混在を回避することが可能になる。すなわち、ヒータ制御装置１０を構成する各構成部に絶縁距離（４ｍｍ以上）を設けることが不要になるので、各構成部を共通のグランドに配置できることになる。したがって、ヒータ制御装置１０を搭載する基板のサイズを小さくすることが可能になっている。

また、ヒータ５を介してスイッチング素子４を流れる電流は直流のため、電流検出部６の電流検出素子には、抵抗器のような非常に安価な部品を使うことも可能である。そうすると、コストの低減を図ることにも繋がる。

制御部７は、ヒータ５への印加電圧を予め計算することができるようになっている。すなわち、ヒータ５の仕様（例えば、抵抗値）が予め分かっていれば、ヒータ５に流れる電流値はオームの法則を用いた簡単な計算式で導き出すことができるからである。そして、制御部７は、その計算式で導き出した電流値と電流検出部６で検出した電流値とを比較することで、様々な制御を行うことを可能にするとよい。

例えば、誤った仕様のヒータ５が接続された場合、計算した電流値と電流検出部６での電流値が異なるために誤った使用のヒータ５が接続されたことに気付くことができる。したがって、誤った製品の組み込みに迅速に対処することが可能である。また、断線やショート、レアショート等の異常が発生した場合にも、計算値と電流検出部６での電流検出値が異なるので正確に異常の検出ができる。

［実施の形態２］
ヒータ５の抵抗値をＲ、直流母線電圧９の値をＶｄｃ、スイッチング素子４のＯＮ時間をＴｏｎ、ＯＦＦ時間をＴｏｆｆ、スイッチング素子４のＯＮ／ＯＦＦ周波数をｆｓｗ（＝１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））とすると、ヒータ５の出力Ｗ１は下式（２）で表せる。

Ｖｄｃは、交流電源１の実効値により変化する。しかしながら、制御部７は、上述したように電圧検出部８の検出した電圧値に基づいてＶｄｃを把握することができるので、Ｔｏｎ及びｆｓｗを自由に調整できるようになっている。また、Ｔｏｎ及びｆｓｗは制御部７により自由に調整可能なので、交流電源１の電圧値に関わらずさまざまな出力電圧を簡易に作り出すことができるようになっている。すなわち、一つの製品（冷蔵庫）に複数個の仕様の異なるヒータを搭載しなくて済み、同じヒータを搭載すればよいのである。さらに、スイッチング素子４の周波数を高くすれば、きめ細かな温度制御も可能となっている。

また、制御部７は、電流検出部６と電圧検出部８とからの検出値によりヒータ５を流れる電流と、電圧が分かるため、ヒータ５の抵抗値（Ｒ）を計算することも可能となっている。例えば、製造ばらつきによりヒータ５の抵抗値がばらついたとしても、その抵抗値を把握することが可能となっている、すなわち式（２）により正確な出力Ｗ１を計算して得ることができるのである。

このヒータ制御装置１０を冷蔵庫に使用すれば、冷蔵庫内に設けられたヒータ５の発熱量をきめ細かく調整できるようになり、冷蔵庫各部屋（冷蔵室や野菜室等の貯蔵室）の温度ハンチングを減らすことが可能になる。また、同じヒータ仕様でさまざまなヒータ出力を作り出すことができるため、国内、海外向けを問わず同じヒータ５を搭載することが可能となる。また、複数個のヒータ５が必要な冷蔵庫の場合においては、それぞれの構成部で異なるヒータ５を取り付ける必要がなくなり、同様の形式のヒータ５をそれぞれの構成部に取り付けるだけでよい。したがって、ヒータ５の取り付けミスを防止することができ、製造場所等での部品の管理が容易になるという効果も有することになっている。

さらに、ヒータ制御装置１０は、冷蔵庫内の食品を暖めることにも利用することが可能である。例えば、冷蔵庫に複数個設けられた貯蔵室の１つを乳製品等の醗酵に最適な温室（例えば、１０℃）とすることができる。すなわち、きめ細かな温度制御ができるため効率的な醗酵等の加工が施せる。

［実施に形態３］
図２は、実施の形態３に係るヒータ制御装置１０ａの全体構成を示す概略構成図である。ここでは、ヒータ制御装置１０ａが家庭用冷蔵庫に使用されている場合を例に示す。ヒータ制御装置１０ａは、太陽光発電や燃料電池等を利用した発電装置１ａと、制御回路部１２とで構成されている。発電装置１ａは、太陽光発電や燃料電池に限定するものではなく直流電圧が発生するものであればよい。また、制御回路部１２は、電圧平滑用コンデンサ３ａと直流回路部１２とで構成されている。

発電装置１ａを家庭用冷蔵庫に使用する場合には、発生した直流電圧を家庭用交流電圧に変換するためにインバータ回路を設ける必要があった。また、交流電圧と直流電圧とで駆動する構成部が混在していたために、一旦交流電圧に変換したものを再度直流電圧に変換しなければならず、回路が複雑にるなことが多かった。

すなわち、ヒータ制御装置１０ａを家庭用冷蔵庫に使用した場合には、冷蔵庫中に交流回路がなくなるために、冷蔵庫全体を直流電圧で駆動させることが可能となる。そうすると、インバータ回路や整流回路等が不要となるため、電圧の変換を高効率で行なうことができるともに、コストを低減した冷蔵庫を提供することが可能となる。さらに、交流電圧１を利用した実施の形態１に係るヒータ制御装置１０と比較しても、整流回路２を備える必要がないのでコストの低減に繋がる。また、ヒータ制御装置１０ａを冷蔵庫内の食品を暖めることに利用することも可能である。

実施の形態１に係るヒータ制御装置の全体構成を示す概略構成図である。実施の形態３に係るヒータ制御装置の全体構成を示す概略構成図である。

符号の説明

１交流電源、１ａ発電装置、２整流回路、３電圧平滑用コンデンサ、３ａ電圧平滑用コンデンサ、４スイッチング素子、５ヒータ、６電流検出部、７制御部、８電圧検出部、９直流母線電圧、９ａ直流母線電圧、１０ヒータ制御装置、１０ａヒータ制御装置、１１直流回路部、１２制御回路部。

Claims

交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
前記整流回路で変換された直流電圧が印加されるヒータと、
前記ヒータに直列に接続されたスイッチング素子を有するスイッチング回路とを備え、
前記スイッチング回路は、該スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより前記ヒータに印加する直流電圧を調整する
ことを特徴とするヒータ制御装置。
前記スイッチング回路は、
１または２以上のスイッチング素子で構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のヒータ制御装置。
前記スイッチング回路は、
前記スイッチング素子のＯＮ時間またはＯＦＦ時間を制御することにより前記ヒータの発熱量を調整する
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のヒータ制御装置。
前記請求項１、２または３のいずれかに記載のヒータ制御装置を用いたことを特徴とする冷蔵庫。
１０℃以上の温度設定室を設けたことを特徴とする請求項４記載の冷蔵庫。