JP2008170074A - センサ回路を備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】基準電圧を使用するアナログ／デジタルコンバータを備えた電子機器のセンサ回路をスイッチ素子でオン／オフする場合に、スイッチ素子の飽和電圧が変化した時の測定誤差の影響を低減させる。
【解決手段】センサ関連の回路をセンサ回路１とセンサ回路１’とセンサ回路１”と、これらの検出電圧を入力するマイコン３と、これらのセンサ回路に供給する＋５Ｖの電源をオン／オフするトランジスタ２と、トランジスタ２のベース端子とエミッタ端子間に接続された抵抗４と、一端がトランジスタ２のベース端子に、他端がマイコン３のＰＯＲＴ（出力）にそれぞれ接続された抵抗５で構成する。そして、マイコン３の基準電圧端子（Ｖｒｆ）をトランジスタ２のコレクタ端子側に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機などの電子機器に係わり、より詳細には、基準電圧を使用するアナログ／デジタルコンバータを備えた電子機器に設けられたセンサ回路の電源をオン／オフさせる構成において、センサ回路の測定誤差を低減させる構成に関する。

従来、電子機器、例えば空気調和機の待機状態時に待機電力を低減させるために、動作を停止している回路の電源供給を切断する方法として、図２や図３の制御回路のブロック図に示す構成が開示されている。

図２において、センサ回路９４は、煙センサ９１と負荷抵抗Ｒとから構成されており、煙センサ９１は、センサ抵抗Ｒｓと、このセンサ抵抗Ｒｓを一定の温度に加熱するヒータ９２とから構成されている。また、負荷抵抗Ｒの一端はセンサ抵抗Ｒｓと直列に接続されている。

そして、煙などの汚れが発生すると、センサ抵抗Ｒｓの抵抗値が変化し、負荷抵抗Ｒとの分圧電圧の値が変化する。また、このセンサ抵抗Ｒｓにはヒータ９２が取付けられており、センサ抵抗Ｒｓにより煙を検知するために、ヒータ９２に常時電源を供給して常にヒータ９２を暖めておく必要がある。なお、ヒータ９２により暖めておかないと正確な汚れ度合いが判定できない。

ところで、近年のマイコンにはＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータが内蔵されており、ほとんどのセンサは、そのセンサの測定値を電圧として出力し、この電圧値をマイコンに内蔵されたＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換している。このＡ／Ｄコンバータは変換の基準となる基準電圧が必要であり、マイコン９３へはこの基準電圧が供給されるようになっている。そして、前述した負荷抵抗Ｒの分圧電圧はマイコンのＡ／Ｄコンバータ端子へ接続されており、マイコン９３内部で基準電圧と比較されてデジタル値（空気の汚れ具合）に変換される。

以上の構成において、ユーザーが図示しないリモコンに設けた換気スイッチを押下することにより換気運転が行われる。そして、換気運転中はマイコン９３がセンサ抵抗Ｒｓと負荷抵抗Ｒとの分圧電圧値の変化を検知し、検知した電圧値が所定値になったら、室内空気の汚れ度が低下したと判断して換気を停止する。

一方、センサ回路９４への電源の供給は、スイッチＳＷによって制御されており、このスイッチＳＷのオン／オフは、制御部であるマイコン９３からの電源供給のオン／オフ制御信号の出力により制御される。このようにしていれば、必要のない時は、センサ回路９４への電源供給をカットできる（例えば、特許文献１参照。）。

図３は他の例における空気調和機の制御装置を示すブロック図である。８１はリモコンで、空気調和機の運転、停止等の信号であるリモコン出力信号Ａを出力している。８２は制御装置全体を制御する制御マイコンで、このリモコン８１からのリモコン出力信号Ａの運転指示により、指示された運転内容に対応してドライバ制御駆動信号Ｂ、Ｃを出力している。８３はドライバＸ、８４はドライバＹである。８５は電源回路で、制御マイコン用電源ａとドライバ用電源ｂを介して前記制御マイコン８２と前記ドライバＸおよびドライバＹに電源を供給している。８６は商用電源、８７は各ドライバへ電源供給を行うか否かを指令するドライバ電源切替信号Ｄにより、各ドライバへ電源供給を行うドライバ用電源供給リレーである。

そして、制御マイコン８２は、いずれかのドライバを駆動させる必要が生じた時、ドライバ用電源供給リレー８７へ「オン」の電源切替信号Ｄを出力して各ドライバに電源を供給する。また全ドライバを駆動させる必要がない時、例えば空気調和機が待機状態となった場合、ドライバ用電源供給リレー８７へ「オフ」の電源切替信号Ｄを出力して各ドライバへの電源供給を停止する（例えば、特許文献２参照。）。

ところで、電子機器、特に空気調和機は温度センサや湿度センサなどのセンサ使用個数が多く、待機状態時に必要でないこれらのセンサで無駄な電力を消費していた。従って、図２や図３の考え方を用いて次のような回路が考えられる。

図４は空気調和機の制御回路のうち、センサ関連の回路のみを示す説明図である。

このセンサ関連の回路は、室温や冷媒温度などを検出するセンサ回路１とセンサ回路１’とセンサ回路１”と、これらの検出電圧を入力するマイコン３と、これらのセンサ回路に供給する＋５Ｖの電源をオン／オフするトランジスタ２と、トランジスタ２のベース端子とエミッタ端子間に接続された抵抗４と、一端がトランジスタ２のベース端子に、他端がマイコン３のＰＯＲＴ（出力）にそれぞれ接続された抵抗５とで構成されている。

センサ回路１は、一端が電源に接続されるサーミスタ１ａと、このサーミスタ１ａの他端に一端が接続された抵抗１ｂとで構成され、この抵抗１ｂの他端は接地されている。そして、このセンサ回路１の検出電圧の出力、つまり、サーミスタ１ａと抵抗１ｂとの接続点は、マイコン３のＡ／Ｄ端子１へ接続されている。

サーミスタ１ａは周囲の温度変化により、その抵抗値が変化する特性を有しており、センサ回路１に電源を供給すると、抵抗１ｂを介してサーミスタ１ａに電流が流れる。このため、サーミスタ１ａの抵抗値が温度により変化すれば、サーミスタ１ａと抵抗１ｂとの接続点の電位もこれに比例して変化する。従ってこの接続点、つまり、センサ回路１の検出電圧をアナログ／デジタル変換すれば温度変化を監視することができる。

同様に、センサ回路１と同じ構成であるセンサ回路１’とセンサ回路１”も、各出力がマイコン３のＡ／Ｄ端子２、Ａ／Ｄ端子３へそれぞれ接続されている。また、各センサ回路内のサーミスタ１ａの一端は共通に接続され、トランジスタ２からなるスイッチ回路を介して＋５Ｖ電源に接続されてる。

また、マイコン３にはＡ／Ｄ端子１からＡ／Ｄ端子３にそれぞれ接続された３つのアナログ／デジタルコンバータが内蔵されており、この変換時に必要となる基準電圧、ここでは＋５Ｖの電源電圧がマイコン３のＶｒｅｆ端子に接続されている。

また、トランジスタ２のベース端子は抵抗５を介してマイコン３の出力ポート端子へ接続されているため、この出力ポート端子の電位を＋５Ｖ／０Ｖ（ポートのオフ／オン）に制御することにより、トランジスタ２のエミッタ端子／コレクタ端子間をオフ／オンに制御することができる。つまり、各センサ回路への＋５Ｖ電源を切断／供給することができる。

以上の構成において、図示しない空気調和機が運転中の場合、マイコン３は各センサ回路を動作させるため、出力ポート端子をオン（０Ｖ）にしてトランジスタ２をオンし、各センサ回路で温度を検出して空気調和機を運転する。

一方、空気調和機が待機状態になれば各センサ回路で温度を検出する必要がなくなるので、マイコン３は各センサ回路の消費電流をカットするため、出力ポート端子をオフ（＋５Ｖ）にしてトランジスタ２をオフさせる。

しかしながら、近年の電子機器は筐体内の温度に対応して空冷ファンを制御したり、空気調和機において、より空調性能を高めるために各部の冷媒温度を検出したりするため、センサが多数用いられるようになり、センサのトータルの消費電流も増加傾向にある。従って、図４のように多数のセンサを一括してオン／オフする場合、トランジスタ２の飽和電圧の変動がセンサの測定精度に影響を与える場合が発生してきた。

一般的に、マイコンの出力ポートに流せる電流は１〜２ｍＡ（ミリアンペア）程度であり、この電流でｈｆｅ（電流増幅率）が２００程度のトランジスタを駆動し、センサのトータルの消費電流が大きい場合には、例えばマイコンの出力ポートの電流が減少、つまり、トランジスタ２のベース電流が減少したり、センサのトータルの消費電流が増加したり、トランジスタ２の周囲温度が低下してトランジスタ２のｈｆｅが低下したりした場合、トランジスタの飽和電圧が変化する。

この変化はＡ／Ｄコンバータの変換精度に影響を与える。つまり、各センサの電圧は基準電圧と比較されるため、センサの温度による電圧変化以外の要素であるトランジスタの飽和電圧が変化すると、それはセンサの出力電圧に影響を与える。つまり、測定に誤差が生じることになる。この誤差は種々の条件にもよるが、センサの測定温度換算で５℃の誤差が実験で確認されている。
特開平１１−２７０８８４号公報（第２頁、図２） 特開２０００−２８３５３１号公報（第３頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、基準電圧を使用するアナログ／デジタルコンバータを備えた電子機器のセンサ回路をスイッチ素子でオン／オフする場合に、スイッチ素子の飽和電圧が変化した時の測定誤差を低減させることを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、本発明によるセンサ回路を備えた電子機器は、電源用電圧を入力し、検出した値を検出電圧として出力するセンサ回路と、測定の基準となる基準電圧を基準電圧端子に入力し、同基準電圧値と前記検出電圧値とを比較して前記検出電圧値をデジタル値に変換するアナログ／デジタルコンバータと、前記センサ回路へ供給する電源用電圧をオン／オフするスイッチ素子とを備えてなり、
前記スイッチ素子を介して前記センサ回路へ供給する電源用電圧を、前記アナログ／デジタルコンバータ用の基準電圧として前記基準電圧端子に供給する構成にする。

以上の手段を用いることにより、本発明によるセンサ回路を備えた電子機器によれば、スイッチ素子をトランジスタで構成したときの飽和電圧が周囲温度やセンサ回路の負荷電流増加などにより変化しても、同時にＡ／Ｄコンバータの基準電圧も同じ電圧だけ変化するため、結果的に測定誤差を低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。本発明の特徴は、センサで温度や湿度を検出する場合、絶対的な値でなく、センサの検出電圧と基準電圧との相対的な関係で決定されることに着目し、センサ回路用の電源とＡ／Ｄコンバータに供給される電源とを同じ電源ライン、つまり、電源ラインをオン／オフするトランジスタ（スイッチ素子）の出力側に接続したことにある。

図１は空気調和機の制御回路のうち、センサ関連の回路のみを示す説明図である。

このセンサ関連の回路は、室温や冷媒温度などを検出するセンサ回路１とセンサ回路１’とセンサ回路１”と、これらの検出電圧を入力するマイコン３と、これらのセンサ回路に供給する＋５Ｖの電源をオン／オフするトランジスタ２と、トランジスタ２のベース端子とエミッタ端子間に接続された抵抗４と、一端がトランジスタ２のベース端子に、他端がマイコン３のＰＯＲＴ（出力）にそれぞれ接続された抵抗５で構成されている。

センサ回路１は、一端が電源に接続されるサーミスタ１ａと、このサーミスタ１ａの他端に一端が接続された抵抗１ｂとで構成され、この抵抗１ｂの他端は接地されている。そして、このセンサ回路１の検出電圧の出力、つまり、サーミスタ１ａと抵抗１ｂとの接続点は、マイコン３のＡ／Ｄ端子１へ接続されている。

サーミスタ１ａは周囲の温度変化により、その抵抗値が変化する特性を有しており、センサ回路１に電源を供給すると、抵抗１ｂを介してサーミスタ１ａに電流が流れる。このため、サーミスタ１ａの抵抗値が温度により変化すれば、サーミスタ１ａと抵抗１ｂとの接続点の電位もこれに比例して変化する。従ってこの接続点、つまり、センサ回路１の検出電圧をアナログ／デジタル変換すれば温度変化を監視することができる。

同様に、センサ回路１と同じ構成であるセンサ回路１’とセンサ回路１”も、各出力がマイコン３のＡ／Ｄ端子２、Ａ／Ｄ端子３へそれぞれ接続されている。また、各センサ回路内のサーミスタ１ａの一端は共通に接続され、トランジスタ２からなるスイッチ回路を介して＋５Ｖ電源に接続されてる。

また、マイコン３にはＡ／Ｄ端子１からＡ／Ｄ端子３にそれぞれ接続された３つのアナログ／デジタルコンバータが内蔵されており、この変換時に必要となる基準電圧、ここでは＋５Ｖの電源電圧がマイコン３のＶｒｅｆ端子に接続されている。ただし、図４の例とは異なり、マイコン３の基準電圧端子（Ｖｒｆ）はトランジスタ２のコレクタ端子側に接続されている。

また、トランジスタ２のベース端子は抵抗５を介してマイコン３の出力ポート端子へ接続されているため、この出力ポート端子の電位を＋５Ｖ／０Ｖ（ポートのオフ／オン）に制御することにより、トランジスタ２のエミッタ端子／コレクタ端子間をオフ／オンに制御することができる。つまり、各センサ回路への＋５Ｖ電源とＡ／Ｄコンバータの基準電圧用電源とを同時に切断／供給することができる。

以上の構成において、図示しない空気調和機が運転中の場合、マイコン３は各センサ回路を動作させるため、出力ポート端子をオン（０Ｖ）にしてトランジスタ２をオンし、各センサ回路で温度を検出して空気調和機を運転する。

一方、空気調和機が待機状態になれば各センサ回路で温度を検出する必要がなくなるので、マイコン３は各センサ回路の消費電流をカットするため、出力ポート端子をオフ（＋５Ｖ）にしてトランジスタ２をオフさせる。

図１のセンサ回路の場合、サーミスタには、温度が上がると抵抗値が下がる負特性サーミスタを使用する。また、測定温度が広範囲の場合はサーミスタの抵抗値の変化幅が広くなりすぎて、扱いにくくなるため、サーミスタのリニアライズを行って変化幅を圧縮して使用する。

図１の回路例では、温度変化に対して正のスロープの出力電圧が得られる電圧モードを使用しており、サーミスタ１ａと接地（グランド）との間に、動作用の電源電圧として＋５Ｖを印加した場合、センサの出力電圧は、サーミスタ１ａの周囲の温度変化０℃〜４０℃に対して、約0.5 〜2.0 Ｖ程度の変化となる。

トランジスタ２に一般的なシリコントランジスタを使用した場合、トランジスタ２の周囲温度が２５℃の時に、エミッタ端子とコレクタ端子との間の飽和電圧は約 0.2Ｖ程度になる。一方、前述したように、マイコンの出力ポートに流せる電流は１〜２ｍＡ程度であり、この電流でｈｆｅ（電流増幅率）が２００程度の一般的なトランジスタ２を駆動する場合を考える。

この状態であればマイコンの出力ポート電流が１ｍＡの場合、トランジスタ２のエミッタ端子とコレクタ端子間に約２００ｍＡまでの電流が流れても、この間の飽和電圧は約０．２Ｖ程度である。しかしながら、前述したように、出力ポート電流が１ｍＡ以下に変化したり、センサ回路の合計消費電流が２００ｍＡ以上に増加したり、また、トランジスタ２のｈｆｅが周囲温度の低下によって２００以下になったり、その他の種々の要因により飽和電圧が０．２Ｖ以上に変化する。

例えば一例として温度変化によるトランジスタ２のｈｆｅが変化する場合を考える。この場合、トランジスタ２の周囲温度が０℃程度まで低下し、さらにセンサ回路のトータルの消費電流が大きい場合には、低温によるｈｆｅの低下により、このトランジスタ２の飽和電圧が約 0.2０Ｖから 0.4Ｖへ増加する。（約 0.2Ｖの増加）
つまり、例えば空気調和機の室内機において、室温の０℃〜４０℃の変化を検出するため、センサ回路の出力電圧約0.5 〜2.0 Ｖ程度の変化を監視している場合、飽和電圧での0.2 Ｖの変化はセンサ回路の出力電圧において約１３％の変化に相当する。これは室温での温度変化０℃〜４０℃に対して約 5.2℃の変化に相当する。

従って、図４のように、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧が＋５Ｖに固定の場合は、この影響がそのまま誤差となり、低温時において正確な温度検出ができなくなる。

ところが、図１の回路のように、マイコン３の基準電圧端子（Ｖｒｆ）がトランジスタ２のコレクタ端子側に接続されているため、トランジスタ２の飽和電圧が変化しても、同時にＡ／Ｄコンバータの基準電圧も同じ電圧だけ変化し、結果的に測定誤差も低減されることになる。

以上説明したように、センサ回路を備えた電子機器、例えば空気調和機において、待機電力を低減させるために待機状態時にセンサ回路への電源供給を切断する回路構成を用いた場合、電源供給を切断するトランジスタの飽和電圧が前述した種々の要因により変化したとしても、センサ回路の検出電圧の測定誤差を低減させることができる。

なお、本発明は図１の回路に限るものでなく、センサ回路が煙センサや湿度センサやサーモパイルなどであってもよいし、また、Ａ／Ｄコンバータがマイコンに内蔵された形式でなくても、マイコン外部に独立して設けられているものでもよい。

さらに、以上説明した回路が空気調和機の室内機だけでなく、室外機や他の電子機器に設けられていてもよい。

本発明によるセンサ回路を備えた空気調和機の制御部を示す要部ブロック図である。 従来の空気調和機の制御部を示す要部ブロック図である。 従来の他の空気調和機の制御部を示す要部ブロック図である。 従来の別の空気調和機の制御部を示す要部ブロック図である。

符号の説明

１、１’、１” センサ回路
１ａ サーミスタ
１ｂ 抵抗
２ トランジスタ（スイッチ素子）
３ マイコン（Ａ／Ｄコンバータ内蔵型）
４ 抵抗
５ 抵抗

Claims (1)

1. 電源用電圧を入力し、検出した値を検出電圧として出力するセンサ回路と、測定の基準となる基準電圧を基準電圧端子に入力し、同基準電圧値と前記検出電圧値とを比較して前記検出電圧値をデジタル値に変換するアナログ／デジタルコンバータと、前記センサ回路へ供給する電源用電圧をオン／オフするスイッチ素子とを備えてなり、
   前記スイッチ素子を介して前記センサ回路へ供給する電源用電圧を、前記アナログ／デジタルコンバータ用の基準電圧として前記基準電圧端子に供給してなることを特徴とするセンサ回路を備えた電子機器。

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