JP2009063215A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、冷蔵室の扉が繰り返し開閉された場合でも、庫内ランプをオン／オフする駆動素子であるトランジスタに、定格消費電力の大きなものを使用する必要のない冷蔵庫を提供することにある。すなわち、トランジスタの発熱を抑えることを技術的な課題とする。
【解決手段】
本発明は、直流電圧を用いて駆動するフィラメントを用いた庫内ランプの突入電流を抑制することで、駆動素子であるトランジスタの大きな内部損失と発熱が発生する場合に、庫内ランプがオンしてから所定の庫内ランプ最小オン時間は冷蔵室扉の開閉状態にかかわらず庫内ランプのオン状態を保持することにより、本来冷蔵室扉の開閉の度に発生する突入電流抑制によるトランジスタの大きな内部損失と発熱の繰り返しを防ぐことで平均発熱量の低減を図り、トランジスタの定格消費電力の小さいものを選定できるため低コスト化が可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、直流電圧駆動の庫内ランプと制御基板を有する冷蔵庫に関する。

冷蔵庫の庫内の照明として庫内ランプが搭載されており、冷蔵室扉を開くと庫内ランプがオンする冷蔵庫が広く製造，使用されている。通常、フィラメントを使用している庫内ランプをオンさせると、フィラメントの特性により突入電流が流れるため、直流電源の電流容量の確保などを目的に突入電流を制限させることが必要である。図９に冷蔵室扉の開閉で庫内ランプがオン／オフするフローチャートを示す。冷蔵室扉が開いた（Ｓ２２）ら庫内ランプ２をオン（Ｓ２３）し、その後冷蔵室扉が閉じた（Ｓ２４）ら庫内ランプ２をオフ（Ｓ２５）するという動作である。

特許第３４８３７６５号

フィラメントを使用している直流駆動の庫内ランプを点灯させるために前記庫内ランプをオン／オフする駆動素子であるトランジスタをオンすると突入電流が流れる。しかしながら、前記庫内ランプに突入電流が流れて直流電源の電流容量を超過した場合、電源の供給ができなくなる可能性があるため、特許第３４８３７６５号公報に記載のごとく電流制限回路を設ける他、トランジスタの電流増幅率の特性を利用して電流を制限するなど、突入電流を抑制する手法をとることが多い。この時、前記突入電流を抑制している時間は特に前記トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが大きくなる。トランジスタの内部損失の一部は前記庫内ランプに流れるコレクタ電流Ｉｃと前記コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅとの積で示されるため、前記コレクタ電流Ｉｃを抑制しても前記コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅがそれ以上に大きくなってしまい前記内部損失は非常に大きくなってしまう。

トランジスタの内部損失は発熱の要因となり、冷蔵室の扉が繰り返し開閉されて庫内ランプのオン／オフが繰り返された場合には、上記記載のように非常に大きい内部損失の発生の繰り返しとなり発熱量も非常に大きくなる。前述のように、繰り返しの大きな発熱によりトランジスタの熱定格を超えてしまい熱破壊の可能性が懸念されるため、庫内ランプのオン／オフを繰り返し連続して発生する大きな内部損失と発熱に耐え得る定格消費電力の大きいトランジスタを選定しなければならなくなる。これにより、高コスト化につながってしまう。

本発明は、冷蔵室の扉が繰り返し開閉された場合でも、庫内ランプをオン／オフする駆動素子であるトランジスタに定格消費電力の大きなものを使用する必要のない冷蔵庫を提供することにある。すなわち、トランジスタの発熱を抑えることを技術的な課題とする。

本発明は、冷蔵室と、前記冷蔵室の扉と、該扉の開閉を検知する扉スイッチと、前記冷蔵室内に設けられフィラメントを用いて直流電圧を用いて駆動する庫内ランプとを備えた冷蔵庫において、該庫内ランプをオン・オフさせる制御手段を備え、該制御手段は、前記庫内ランプがオンしている間は、前記扉が閉じていることを前記扉スイッチで検知したとしても、前記庫内ランプをオンさせた状態を維持可能にしたことを特徴とする冷蔵庫にある。

さらに、冷蔵室内の温度を検知する温度センサを有し、前記温度センサで検知された温度に応じて前記庫内ランプの最小オン時間としていることを特徴とする冷蔵庫にある。

さらに、前記冷蔵室には冷凍室，野菜室を有し、前記庫内ランプを冷凍室又は野菜室に設けたことを特徴とする冷蔵庫にある。

庫内ランプの突入電流の抑制により発生する、庫内ランプの駆動素子であるトランジスタの大きな内部損失と発熱が繰り返されることがなく、連続的に大きな損失や発熱に耐え得るような高コストの高定格消費電力な駆動素子を使用せずに一時的な過負荷・発熱に耐えればよい安価な駆動素子を適用することができる。

以下本発明の実施例について述べる。

図１は冷蔵庫の庫内ランプをオン／オフするための電気的構成を示している。直流電源１２から出力される直流電圧で駆動されるフィラメントを用いた庫内ランプ２と、マイクロコンピュータ１０と庫内ランプ駆動素子であるトランジスタ（以下トランジスタとする）１１を搭載した制御基板１と、冷蔵室扉の開閉を検知するスイッチ３で構成されており、マイクロコンピュータ１０から庫内ランプをオン／オフを行うための信号を、制御用トランジスタ２２を介してトランジスタ１１に出し、前記トランジスタ１１で庫内ランプ２のオンとオフを切り替える。庫内ランプ２をオンにしたときには、前記庫内ランプ２はフィラメントの特性により突入電流が流れることになる。庫内ランプ２に流れる電流の変化について図２に示す。庫内ランプ２をオンしてから電流値が安定するまでの突入電流は、安定電流値と比較して非常に大きい電流値となるため、直流電源１２の電流容量の確保などを目的に突入電流を制限させることが多い。

回路の一例を図３に示す。トランジスタ１１のエミッタ側は０Ｖに接続し、コレクタ側には庫内ランプ２を接続し、庫内ランプ２の他端は直流電圧に接続する。また、トランジスタ１１のベースにはベース抵抗２３を接続し、ベース電流を流す。また、トランジスタ１１には電流増幅率ｈｆｅという特性があり、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間に流せる電流の最大値はベース電流×電流増幅率ｈｆｅで示される。このとき、例えばコレクタ−エミッタ電圧が０.３Ｖの制御用トランジスタ２２，抵抗値２００Ωのベース抵抗２３，ベース−エミッタ電圧＝０.７Ｖのトランジスタ１１を使用した場合、トランジスタ１１のベース電流は直流電源電圧（５Ｖ−０.３Ｖ−０.７Ｖ）／２００＝２０ｍＡとなる。このとき、電流増幅率ｈｆｅ＝７５のトランジスタ１１を使用していた場合、２０ｍＡ×７５＝１５００ｍＡとなり、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ電流の最大値は１.５Ａとなることがわかる。これが庫内ランプの最大電流となる。このように、最大電流値をトランジスタの特性である電流増幅率ｈｆｅと周辺回路の定数にて電流の制限が可能であり、庫内灯の電流を抑制することができる。

前述の電流抑制を行った場合の庫内ランプ２の電流の変化とトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの変化を図４に示す。主に電流制限している領域については、トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが増大し、この時トランジスタ１１の内部損失が大きく増大し、トランジスタが大きく発熱する。また、トランジスタ１１の内部損失の一部は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅとコレクタ電流である庫内ランプ電流との積で示されるためＶｃｅが大幅に増大することにより内部損失も大幅に増大することがわかる。尚、この発熱量は通常庫内ランプをオンしている際に発生する発熱量の数倍に及ぶこともある。この現象は、庫内ランプ２がオフ状態からオン状態になる度に発生する。つまり、冷蔵室扉が開かれる度に発生するため、なんらかの理由で冷蔵室扉を連続的に開閉を繰り返された場合には、トランジスタ１１の大きな内部損失と発熱も繰り返し発生してトランジスタ１１の熱定格を超える恐れがある。冷蔵室扉を繰り返し開閉した時のトランジスタ内部損失と発熱によるトランジスタ温度について図５に示す。

そこで、冷蔵室扉スイッチ３が開を検知して庫内ランプ２をオンしてから所定の時間を庫内ランプ最小オン時間として庫内ランプ２のオン状態を保持する制御を設ける。庫内ランプ最小オン時間はトランジスタ１１の特性と電流値などの各種条件を元に設定するが、仮に５秒と設定する。本制御のフローチャートを図６に示す。これにより、冷蔵室扉が開き（Ｓ０２）、庫内ランプ２をオン（Ｓ０３）した直後の大きな内部損失と発熱の発生後に、前記庫内ランプ最小オン時間５秒内に再び庫内ランプ２のオフ／オンを行った際にも庫内ランプ２はオン状態を保持（Ｓ０４）しているため突入電流は流れない。庫内ランプ最小オン時間５秒が経過後に冷蔵室扉が閉じる（Ｓ０５）と、庫内ランプ２を通電オフ（Ｓ０６）することにする。つまり、庫内ランプ最小オン時間５秒内であれば冷蔵室扉の開閉にかかわらず電流制限によるトランジスタ１１の大きな内部損失や発熱の発生は繰り返されない。本制御を使用した場合に冷蔵室扉を繰り返し開閉した時のトランジスタ内部損失と発熱によるトランジスタ温度について図７に示す。これによりトランジスタ１１の平均損失を低減して発熱を抑えることができ、許容損失の小さい安価な部品を選定することができる。また、庫内ランプ２をオン／オフするトリガは冷蔵室扉のスイッチとなるが、冷蔵室扉を閉じている際に庫内ランプ２がオンしていても使用者に不都合は無く、前記庫内ランプ最小オン時間を短く設定しておけば庫内の温度上昇もほとんど影響無い。

次に、本発明の実施形態２について説明する。図１の通り、冷蔵庫は庫内ランプ２をオン／オフするための電気的構成の他に庫内温度センサ４を搭載している。庫内ランプ２内のフィラメントも抵抗体であるため、フィラメントの抵抗値は温度によって変化し、高温時よりも低温時の方が抵抗値が低くなる。冷蔵室内は冷却されているため、フィラメントの抵抗値は低くなり突入電流も大きくなる。これにより、制限電流が大きくなり電流制限時のトランジスタ１１の内部損失と発熱がより大きくなるため、各種条件を踏まえて庫内ランプ最小オン時間を長く設ける必要が出てくる。しかしながら、庫内ランプ最小オン時間を長くすると庫内の温度上昇につながるため出来る限り短い時間に設定することが望ましい。そこで、庫内ランプ最小オン時間を選択可能とする庫内温度閾値を設け、庫内温度により閾値よりも高温時にはフィラメントの抵抗値が高いと判断して庫内ランプ最小オン時間を短めにし、閾値よりも低温時にはフィラメントの抵抗値が低いと判断して庫内ランプ最小オン時間を長めに設けることで突入電流の大きさに応じた庫内ランプ最小オン時間を設けることができる。本動作のフローチャートを図８に示す。冷蔵室扉が開いた時（Ｓ１２）の庫内温度を取得（Ｓ１３）し、庫内温度≦０℃の時は８秒（Ｓ１４−１）、０℃＜庫内温度≦３℃の時は５秒（Ｓ１４−２）、庫内温度＞３℃の時は３秒（Ｓ１４−３）として庫内ランプ最小オン時間を設ける。庫内ランプ２をオン（Ｓ１５）した直後の大きな内部損失と発熱の発生後に、前記庫内ランプ最小オン時間内に再び庫内ランプ２のオフ／オンを行った際にも庫内ランプ２はオン状態を保持（Ｓ１６）しているため突入電流は流れない。庫内ランプ最小オン時間が経過後に冷蔵室扉が閉じる（Ｓ１７）と、庫内ランプ２を通電オフ（Ｓ１８）することにする。つまり、庫内ランプ最小オン時間内であれば冷蔵室扉の開閉にかかわらず電流制限によるトランジスタ１１の大きな内部損失や発熱の発生は繰り返されない。また、トランジスタ１１の平均内部損失を均一にすることができ、庫内ランプ最小オン時間の長さを適当な時間とすることで庫内の温度上昇も軽減できる。

本発明の実施例においては、直流電圧を用いて駆動するフィラメントを用いた庫内ランプの突入電流を抑制することで、駆動素子であるトランジスタの大きな内部損失と発熱が発生する場合に、庫内ランプがオンしてから所定の庫内ランプ最小オン時間は冷蔵室扉の開閉状態にかかわらず庫内ランプのオン状態を保持することにより、本来冷蔵室扉の開閉の度に発生する突入電流抑制によるトランジスタの大きな内部損失と発熱の繰り返しを防ぐことで平均発熱量の低減を図り、トランジスタの定格消費電力の小さいものを選定できるため低コスト化が可能となる。また、庫内温度からフィラメントの抵抗値の大きさを予測し、トランジスタの内部損失と発熱の大きさに応じた庫内ランプ最小オン時間を設けることで、庫内ランプによる庫内の温度上昇を最小限とすることが可能となる。

冷蔵庫の庫内ランプをオン／オフするための電気的構成。 庫内ランプに流れる突入電流を含む電流の変化を示す図。 庫内ランプの駆動回路図。 電流制限を行った場合の庫内ランプの電流の変化とトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの変化を示す図。 冷蔵室扉を繰り返し開閉した時のトランジスタ内部損失と発熱によるトランジスタ温度の変化を示す図。 庫内ランプ最小オン時間を設けた場合の庫内ランプの動作を示すフローチャート。 庫内ランプ最小オン時間を設けた場合に冷蔵室扉を繰り返し開閉した時のトランジスタ内部損失と発熱によるトランジスタ温度を示す図。 庫内ランプ最小オン時間を庫内温度によって３種類設けた場合の庫内ランプの動作を示すフローチャート。 従来の庫内ランプの動作を示すフローチャート。

符号の説明

２ 庫内ランプ
３ 冷蔵室扉スイッチ
４ 庫内温度センサ
１０ マイクロコンピュータ（制御用）
１１ 庫内ランプ駆動素子（トランジスタ）
２２ 制御用トランジスタ
２３ 庫内ランプ駆動素子用ベース抵抗

Claims (3)

1. 冷蔵室と、前記冷蔵室の扉と、該扉の開閉を検知する扉スイッチと、前記冷蔵室内に設けられフィラメントを用いて直流電圧を用いて駆動する庫内ランプとを備えた冷蔵庫において、
   該庫内ランプをオン・オフさせる制御手段を備え、該制御手段は、前記庫内ランプがオンしている間は、前記扉が閉じていることを前記扉スイッチで検知したとしても、前記庫内ランプをオンさせた状態を維持可能にしたことを特徴とする冷蔵庫。
2. 請求項１において、冷蔵室内の温度を検知する温度センサを有し、前記温度センサで検知された温度に応じて前記庫内ランプの最小オン時間としていることを特徴とする冷蔵庫。
3. 請求項１において、前記冷蔵室には冷凍室，野菜室を有し、前記庫内ランプを冷凍室又は野菜室に設けたことを特徴とする冷蔵庫。

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