JP2008131822A

JP2008131822A - コンデンサドロップ式電源回路及び空気調和機

Info

Publication number: JP2008131822A
Application number: JP2006317059A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujita; 暁藤田; Yuichi Itoi; 裕一糸井; Sadao Yajima; 禎夫矢島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-06-05
Also published as: EP1926201A3; US20080180978A1; EP1926201A2

Abstract

【課題】回路構成を複雑にすることなく、電源投入時のサージ電流に対し低価格の素子で実現可能なコンデンサドロップ式電源回路を提供する。
【解決手段】コンデンサドロップ式電源回路は、交流電源１に抵抗２、第１のコンデンサ３及びこの第１のコンデンサ３にカソード側が配置された第１のダイオード４の直列回路が接続され、第１のダイオード４に並列に第２のダイオード５及びツェナーダイオード６の直列回路が接続され、ツェナーダイオード６に並列に第２のコンデンサ７が接続されてなり、その第２のコンデンサ７の両端に発生する直流電圧を通信回路８に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源から直流電源へ変換するコンデンサドロップ式電源回路、及びこのコンデンサドロップ式電源回路を備えた空気調和機に関するものである。

室外機と室内機はシリアル通信を随時おこなっている。シリアル通信は室内機と室外機の電源線の一方をグランドとし、そこに新たに通信線を１本追加して通信を行っている。そのため、室外機側と室内機側の各マイクロコンピュータが相互に通信する場合、フォトカプラにより、電源線及び通信線とマイクロコンピュータとを絶縁する必要がある。このような状態で通信を行う場合、通信用として新たに電源が必要になっていた。

従来、その電源として、コンデンサのインピーダンスを利用したコンデンサドロップ式電源回路が用いられている。この電源回路は、交流電源に第１のコンデンサ、抵抗及びツェナーダイオードの直列回路が接続され、ツェナーダイオードに並列にダイオード及び第２のコンデンサの直列回路が接続され、第２のコンデンサの両端に発生する直流電圧を電源とするものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２０９８６５号公報

前述した従来のコンデンサドロップ式電源回路では、交流電源より第１のコンデンサ及び抵抗を介してツェナーダイオードに電流が流れ続ける。電源投入時について注視すると、ツェナーダイオードに流れる電流は近似的に式（１）となる。例えば、投入位相角が９０度、電源電圧２３０Ｖ、抵抗１０Ωのとき、ツェナーダイオードには３２Ａの電流が流れ素子を破壊してしまう。その解決策として、電源投入時に流れるサージ電流に耐えられる大容量のツェナーダイオードを選定するか、若しくは抵抗を大きくし、電源投入時のサージ電流を抑える方法がある。しかしながら、ツェナーダイオードの容量を大きくした場合では、素子自体のコストが高価となり、また、抵抗を大きくした場合は、抵抗の損失が大きくなるという課題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、回路構成を複雑にすることなく、電源投入時のサージ電流に対し低価格の素子で実現可能なコンデンサドロップ式電源回路、及びこの電源回路を備えた空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係るコンデンサドロップ式電源回路は、交流電源に抵抗、第１のコンデンサ及び第１のコンデンサにカソード側が配置された第１のダイオードの直列回路が接続され、第１のダイオードに並列に第２のダイオード及びツェナーダイオードの直列回路が接続され、ツェナーダイオードに並列に第２のコンデンサが接続されてなり、第２のコンデンサの両端に生じる直流電圧を出力する。

本発明においては、交流電源に接続された直列回路に第１のコンデンサにカソード側が配置された第１のダイオードを設けたので、電源投入時のサージ電流を第１のダイオード４に流すことができ、こため、容量の大きいツェナーダイオードを使用する必要がなくなり、回路構成を複雑にすることなく回路全体の価格を抑えることができる。

図１は本発明の実施の形態に係るコンデンサドロップ式電源回路の構成を示す回路図である。
本実施の形態のコンデンサドロップ式電源回路は、交流電源１に抵抗２、第１のコンデンサ３及びこの第１のコンデンサ３にカソード側が配置された第１のダイオード４の直列回路が接続され、第１のダイオード４に並列に第２のダイオード５及びツェナーダイオード６の直列回路が接続され、ツェナーダイオード６に並列に第２のコンデンサ７（平滑コンデンサ）が接続されてなり、その第２のコンデンサ７の両端に発生する直流電圧を通信回路８に出力する。前述した抵抗２は、電源投入時のサージ電流を抑制し、第１のコンデンサ３は通常時の電流を抑制する。第１のダイオード４は、動作説明時に詳述するが、第１のコンデンサ３に蓄えられた電荷を放出するためのものであり、第２のダイオード５は交流電源１の電源電圧を半波整流する。

次に、前記のように構成されたコンデンサドロップ式電源回路の動作について図２及び図３を参照しながら説明する。図２は実施の形態のコンデンサドロップ式電源回路における通電パターンに応じて示す動作説明図、図３は通電パターンに応じて示す各部の波形図である。

交流電源１の電源電圧Ｖs が第１のコンデンサ３の電圧Ｖc とツェナーダイオード６のツェナー電圧Ｖd の合計電圧より大きい場合、図２（１）に示すように、交流電源１からの電源電流Ｉs が抵抗２及び第１のコンデンサ３を介して流れ、第２のダイオード５によって半波整流されてツェナーダイオード６に流れる。そして、その両端にツェナー電圧Ｖd （２４Ｖ）が発生し、第２のコンデンサに７に充電される。この時の第１のコンデンサ３の電圧Ｖc は、下記に示す式（２）のように電源電圧Ｖs からツェナー電圧Ｖd を引いた値となり、図３（１）に示す波形となる。この場合、式（２）を満足する電源電圧Ｖs は式（３）に示す範囲となる。
Ｖc(t)＝Ｖs(t)−Ｖd …（２）
−Ｖs(peak) ＋Ｖd ＜Ｖs(t)＜Ｖs(peak) …（３）

そして、図３（２）に示すように、電源電圧Ｖs がピーク値に達しとき交流電源１からの電源電流Ｉs が流れなくなってゼロとなり、この状態が第１のコンデンサ３の電圧Ｖc より大きい間継続される。この時の第１のコンデンサ３の電圧Ｖc は、前記の式（２）のＶs(t)がピーク値に達したときのＶs(peak) からツェナー電圧Ｖd を引いた値で、式（４）となる。その時の電源電圧Ｖs は式（５）に示す範囲となる。この場合の回路は図２（２）である。
Ｖc(t)＝Ｖs(peak) −Ｖd …（４）
Ｖs(peak) ＋Ｖd ＜Ｖs(t)＜Ｖs(peak) …（５）

電源電圧Ｖs がさらに低下すると、交流電源１からの電源電流Ｉs が第１のダイオード４を介して流れ（図２（３）参照）、この電流はＩs 電源電圧Ｖs が最小（−Ｖs(peak) ）となるまで流れる（図３（３）参照）。この時の第１のコンデンサ３の電圧Ｖc は、式（６）に示すように電源電圧Ｖs と同電位となり、電源電圧Ｖs の範囲は式（７）となる。
Ｖc(t)＝Ｖs(t) …（６）
−Ｖs(peak) ＜Ｖs(t)＜Ｖs(peak) …（７）

そして、図３（４）に示すように、電源電圧Ｖs が最小（−Ｖs(peak) ）に達したとき、第１のコンデンサ３の電圧Ｖc は式（８）となり、その電源電圧Ｖs が第１のコンデンサ３の電圧Ｖc より大きくなると、第１のダイオード４がオフ状態となるので、第１のダイオード４に流れている交流電源１からの電源電流Ｉs が流れなくなってゼロとなる。この時の回路は図２（４）である。電源電圧Ｖs がさらに上昇し、式（９）の条件となったときに（図３（１）参照）、ツェナーダイオード６に第２のダイオード５により半波整流された電源電流Ｉs が流れる（図２（１）参照）。その時の電源電圧Ｖs の範囲は式（１０）となる。
Ｖc(t)＝−Ｖs(peak) …（８）
Ｖs(t)−Ｖc(t)＝Ｖs −Ｖs(peak) ＞Ｖd …（９）
−Ｖs(peak) ＜Ｖs(t)＜−Ｖs(peak) …（１０）

電流Ｉs は、下記に示す式（１１）より第１のコンデンサ３の電圧Ｖc を微分し、第１のコンデンサの静電容量Ｃの積となる。
Ｖc(t)＝１／Ｃ∫Ｉs(t)
Ｉs(t)＝ｄＶc(t)／ｄｔ×Ｃ …（１１）

以上のように実施の形態によれば、交流電源１に接続された直列回路に第１のコンデンサ３にカソード側が配置された第１のダイオード４を設けたので、電源投入時のサージ電流を第１のダイオード４に流すことができ、このため、サージ電流に耐えられる大容量のツェナーダイオード６を用いる必要がなくなり、回路構成を複雑にすることなく回路全体の価格を抑えることができる。また、損失はツェナーダイオード６に流れる電流のみ発生するため、消費電力が非常に少ない電源回路を提供することができる。

次に、本発明のコンデンサドロップ式電源回路の実施例について図４及び図５を用いて説明する。図４は本発明の実施例を示す空気調和機のシリアル通信の回路図、図５は空気調和機の室外機に設けられたコンデンサドロップ式電源回路と通信回路との接続を示す回路図である。なお、コンデンサドロップ式電源回路の構成は実施の形態と同一であるため説明を省略する。

コンデンサドロップ式電源回路９は、入力側が室外機及び室内機に交流電源１を供給する電源線１２に接続されている。室外機の通信回路１０は、送信側のフォトカプラ１０ａがコンデンサドロップ式電源回路９の出力端（プラス側）に接続され、そのフォトカプラ１０ａに接続された受信側のフォトカプラ１０ｂが室内機に設けられた通信回路１１の受信側のフォトカプラ１１ａに通信線１３を介して接続されている。そのフォトカプラ１１ａに接続された送信側のフォトカプラ１１ｂは、電源線１２の一方の線（グランド側）に接続されている。

この接続により、室外機の通信回路１０及び室内機の通信回路１１にコンデンサドロップ式電源回路９の直流電圧が供給され、フォトカプラ１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂによるシリアル通信が可能になっている。また、通信回路１０のフォトカプラ１０ａ、１０ｂ及び通信回路１１のフォトカプラ１１ａ、１１ｂにより、室外機及び室内機にそれぞれ設けられた制御回路（例えばマイクロコンピュータ）が前記の電源回路９の直流電圧から絶縁されている。

次に、コンデンサドロップ式電源回路９の各素子の定数について説明する。交流電源１は１８０〜２６４Ｖ、抵抗２は４７Ω、第１のコンデンサ３は１μＦ、第１のダイオード４はサージ電流３０Ａ、第２のダイオード５はサージ電流３０Ａ、ツェナーダイオード６は２４Ｖ、第２のコンデンサ７は４７０μＦである。

抵抗２は、第１のダイオード及び第２のダイオードのサージ電流が３０Ａであることから、前記の式（１）より、サージ電流が３０Ａ以下となる抵抗値は８．８Ω以上となる。ここでは、部品のマージンと抵抗を４７Ωとすることで、サージ電流が８Ａとなった。

以上のように実施例においては、比較的小容量の回路の電源として、安価で部品点数の少ない構成で実現可能となる。効率に関しても１Ｗ以下となるため、大幅な消費電力の削減が可能となる。また、室内機と室外機のシリアル通信の電源としてコンデンサドロップ式電源回路９を用いることにより、空気調和機が動作していない待機時の消費電力を抑えることができる。

本発明の実施の形態に係るコンデンサドロップ式電源回路の構成を示す回路図である。実施の形態のコンデンサドロップ式電源回路における通電パターンに応じて示す動作説明図である。通電パターンに応じて示す各部の波形図である。本発明の実施例を示す空気調和機のシリアル通信の回路図である。空気調和機の室外機に設けられた通信回路とコンデンサドロップ式電源回路との接続を示す回路図である。

符号の説明

１交流電源、２抵抗、３第１のコンデンサ、４第１のダイオード、５第２のダイオード、６ツェナーダイオード、７第２のコンデンサ、８通信回路、９コンデンサドロップ式電源回路、１０室外機の通信回路、１０ａ，１０ｂフォトカプラ、１１室内機の通信回路、１１ａ，１１ｂフォトカプラ、１２電源線、１３通信線、Ｖs 電源電圧、Ｉs 電源電流、Ｖc 第１のコンデンサの電圧、Ｖd ツェナー電圧、Ｖs(peak) 電源電圧の最大値。

Claims

交流電源に抵抗、第１のコンデンサ及び該第１のコンデンサにカソード側が配置された第１のダイオードの直列回路が接続され、該第１のダイオードに並列に第２のダイオード及びツェナーダイオードの直列回路が接続され、該ツェナーダイオードに並列に第２のコンデンサが接続されてなり、該第２のコンデンサの両端に生じる直流電圧を出力することを特徴とするコンデンサドロップ式電源回路。
請求項１記載のコンデンサドロップ式電源回路を備え、このコンデンサドロップ式電源回路の直流電圧を用いて室内機と室外機との間のシリアル通信を可能にすることを特徴とする空気調和機。
前記シリアル通信は、室外機側及び室内機側の各制御回路と絶縁されていることを特徴とする請求項２記載の空気調和機。