JP2012070544A

JP2012070544A - 電源回路およびこれを用いた換気装置と照明装置

Info

Publication number: JP2012070544A
Application number: JP2010213502A
Authority: JP
Inventors: Takehito Yamamoto; 岳人山本; Satoshi Fujimoto; 訓藤本; Tsuraki Nakajima; 列樹中島; Masamichi Kachi; 昌道可知
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2012-04-05

Abstract

【課題】商用電源に接続されたスイッチによる切換状態を効率よく検出して負荷電流値を切り替える電源回路を提供することを目的とする。
【解決手段】電源回路は、交流電源２に接続される整流回路３と、整流回路３の直流側には、接続された負荷４に所定の電流を流す直流電源回路５と、負荷４へ流す電流を検出する電流検出回路６と、電流検出回路６の検出電流値を切換える電流検出切換回路７とを備え、整流回路３の交流側には、整流回路３に接続される少なくとも２つ以上の電流経路８と、電流経路８を切換えるスイッチ９ｂとを備え、電流経路の一方には電流を検出する切換検出回路１０を備え、切換検出回路１０の信号により、前記検出電流値を切換える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に所定の電流を流す電源回路であって、スイッチによる切換を負荷電流で検出して所定の電流値を変更する電源回路に関する。

今日、環境負荷低減への意識が高まっており、家電製品の低消費電力化が進んでいる。換気装置においても、平成１４年の建築基準法の改定により２４時間連続運転が義務付けられ、これに対応してＤＣモータを所定の電流に制御して消費電力を削減する換気装置が開発されている。

このような換気装置では、商用電源に対して、一方の共通端子と他方の供給先を選択する複数の端子が備えられて、３路スイッチで複数の端子の内一方の端子へ電源を接続して、複数の段数のＤＣモータの出力を切り換えて換気風量を調整していた（例えば、特許文献１、図１参照）。

特開２００４−１８０４７６号公報

上記のような従来の方法では、交流電源を整流して安定化した直流電源の負荷として、ＤＣモータを接続しているために、交流誘導電動機のようにタップを複数用意して速度を切り換えることはできなかった。

そこで、３路スイッチの一方の側に供給電流の設定を変更する回路を設けて直流電源の出力電流を切り換えていた。

このような供給電流の設定を変更する回路は、商用電源が直接印加されるか、商用電源を整流した電圧が直接印加されて駆動するものとなり、負荷であるＤＣモータに流す回路に並列に接続した構成になり電流が増大するものとなることが確認された。

例えば、供給電流の設定を変更する回路の一部として、前記３路スイッチの一方の側の端子と共通端子間にフォトカプラを備えて、一方の側に電圧が印加されたことを検出することが考えられるが、すなわち、印加された電圧を検出することが考えられるが、この場合にはフォトカプラに流れる電流を制限するために制限抵抗を直列に接続する必要がある。フォトカプラの信号出力を確実にするためには約３ｍＡの電流を流すことになる。交流１００Ｖの商用電源に接続された場合には、この電流によって制限抵抗は約０．３Ｗの電力を消費してしまうことになる。

つまり、ここで消費電力の削減に取り組んでいる換気装置では、負荷に流す電流と同程度の消費電力となってしまうものである。

本発明は、上記課題を解決するもので、商用電源に接続されたスイッチによる切換状態を効率よく検出して負荷電流値を切り替える電源回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の電源回路は、交流回路に接続される整流回路と、前記整流回路の直流側には、接続された負荷に所定の電流を流す直流電源回路と、前記負荷へ流す電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出電流値を切換える電流検出切換回路とを備え、前記整流回路の交流側には、前記整流回路に接続される少なくとも２つ以上の電流経路と、前記電流経路を切換えるスイッチとを備え、前記電流経路の一方には電流を検出する切換検出回路を備え、この切換検出回路の信号により、前記検出電流値を切換える構成としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、交流回路に接続される整流回路と、前記整流回路の直流側には、接続された負荷に所定の電流を流す直流電源回路と、前記負荷へ流す電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出電流値を切換える電流検出切換回路とを備え、前記整流回路の交流側には、前記整流回路に接続される少なくとも２つ以上の電流経路と、前記電流経路を切換えるスイッチとを備え、前記電流経路の一方には電流を検出する切換検出回路を備え、この切換検出回路の信号により、前記検出電流値を切換える構成としたものであり、電流経路の一方に備えた切換検出回路は電流をこの電流経路から整流回路へ流れる電流を検出することとなり、この切換検出回路の信号により、検出電流値を切り換えることとなるので切換検出回路で消費する電力を削減できる電源回路が得られる。

本発明の実施の形態１の電源回路のブロック図同電源回路の回路図同電源回路のブロック図

本発明の請求項１記載の電源回路の発明は、本発明によれば、交流回路に接続される整流回路と、前記整流回路の直流側には、接続された負荷に所定の電流を流す直流電源回路と、前記負荷へ流す電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出電流値を切換える電流検出切換回路とを備え、前記整流回路の交流側には、前記整流回路に接続される少なくとも２つ以上の電流経路と、前記電流経路を切換えるスイッチとを備え、前記電流経路の一方には電流を検出する切換検出回路を備え、この切換検出回路の信号により、前記検出電流値を切換える構成としたものである。

この手段により、電流経路の一方に備えた切換検出回路はこの電流経路から整流回路へ流れる電流を検出することとなり、この切換検出回路の信号により、検出電流値を切り換えることとなるので、切換検出回路で消費する電力を削減できる電源回路が得られる。

また、請求項２記載の電源回路の発明は、電流経路の一方はスイッチと整流回路の間に直列接続された切換検出回路を介して整流回路に接続し、他方の電流経路はスイッチから整流回路に直接接続する構成としたものである。

この手段により、電流経路の一方ではスイッチと整流回路の間に直列接続された切換検出回路がこの電流経路から整流回路へ流れる電流を検出することとなり、この切換検出回路の信号により、検出電流値を切り換えることとなるので、切換検出回路で消費する電力を削減できる電源回路が得られる。

また、請求項３記載の電源回路の発明は、切換検出回路は交流回路から整流回路へ流入する電流を信号回路に伝達する回路であり、前記交流回路と前記信号回路の間を絶縁する構成としたものである。

この手段により、絶縁する構成の作用により、交流回路と信号回路の間をノイズが伝播しなくなる電源回路が得られる。

また、請求項４記載の電源回路の発明は、切換検出回路として、フォトカプラを用いる構成としたものである。

この手段により、交流回路の電流をＶｆの小さいダイオードで検出し整流回路の信号へ変換する作用により、消費電力が小さい電源回路が得られる。

また、請求項５記載の電源回路の発明は、換気装置、照明装置のいずれかに用いる構成としたものである。

この手段により、低消費電力が要求される換気装置または照明装置においてＤＣモータまたはＬＥＤの駆動電流を切り換えて調整を行い、消費電力が小さい換気装置、照明装置が得られる。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の電源回路１は、図１に示すように、交流回路である単相の交流電源２に接続される整流回路３と、整流回路３の直流側には、換気装置や照明装置においてＤＣモータやＬＥＤに相当する負荷４に所定の電流を流す直流電源回路５と、負荷４へ流す負荷電流を検出する電流検出回路６と、電流検出回路６の検出電流値を切換える電流検出切換回路７とを備えている。

また、整流回路３の交流側には、整流回路３に接続される電流経路８ａと電流経路８ｂの二つの電流経路８と、交流電源２のＯＮ／ＯＦＦをするスイッチ９ａおよび電流経路８の切換えを操作するスイッチ９ｂと、電流経路８ｂには交流電流を検出する切換検出回路１０とを備えている。

また、図２の回路図に示すように、整流回路３は、１つのダイオードブリッジ３ａ（または４つのダイオード）と、電源を平滑するための電解コンデンサ３ｂからなる。

また、直流電源回路５は、整流回路３により整流平滑されたＤＣ１４１Ｖをスイッチングして出力電圧ＶＤＣを可変することで、負荷４に所定の電流を出力できるスイッチング電源等を用いる。

また、電流検出回路６は、負荷４よりも小さいインピーダンスの抵抗６ａ、６ｂをそれぞれ負荷４と直列に接続し、負荷電流により抵抗の両端に発生した電圧から、負荷電流を検出することができる。電流検出回路６で検出した電圧は直流電源回路５にフィードバックされ、直流電源回路５はフィードバックされた電圧が一定（すなわち、直流電源回路５内で設定した基準電圧）となるよう出力電圧ＶＤＣを可変することで、負荷４に所定の電流を出力する。例えば、電流検出回路６の抵抗値が大きい場合は所定の電流は小さく、抵抗値が小さい場合は所定の電流を大きくすることができる。

ここで、負荷４は換気装置の場合、ＤＣモータとし、従来のような切換検出回路１０で消費する消費電力（約０．３Ｗ）が無視できない、例えば消費電力１Ｗ程度の換気装置に有効である。以下では負荷４としてＤＣモータを用いた場合で説明するが、負荷４の他の例として、照明装置の場合、ＬＥＤ照明を用いても低消費電力を実現することができ、製造のばらつきによりＬＥＤの電圧降下Ｖ_fが変化しても、Ｖ_fによらず所定の電流を加えることで照度のばらつきを抑制できる。

交流電源２の一方は整流回路３に接続され、他方はスイッチ９に接続されている。スイッチ９は、交流電源２のＯＮ／ＯＦＦするスイッチ９ａおよび交流電源２を２路に分岐するスイッチ９ｂを用いて居室の壁に配置し、使用者がＤＣモータの回転数を変更したい場合に、スイッチ９ｂの操作により強／弱切換ができるようになっている。

つまり、スイッチ９ｂの「強」の操作回路は、整流回路３に直接接続し、スイッチ９ｂの「弱」の操作回路は、交流電源２と整流回路３の間に直列接続された切換検出回路１０を介して整流回路３に接続する。

これにより、すでに発明が解決しようとする課題で説明したような交流電源に切換検出回路を並列接続したときのフォトカプラの制限抵抗で電力を消費することはなくなり、切換検出回路１０を整流回路３と直列に接続し負荷電流でスイッチ９ｂの「弱」の操作の電流検出をすることで、無駄な消費電力を削減することができる。また、整流回路３の交流側と整流側はそれぞれ最少の２つの経路となるため、回路構成を単純化することができる。

ここで、スイッチ９ｂの「弱」の操作回路に直列接続された切換検出回路１０は、交流電源２から整流回路３へ流入する電流を整流回路３の信号に変換する回路であり、交流電源２と整流回路３の信号の間でノイズが伝播することを避けるため絶縁構造とするのが良い。絶縁構造となる切換検出回路１０としては、フォトカプラ、リレー、トランス等が考えられるが、リレーやトランスでは切換検出回路１０そのもので消費する電力が大きくなってしまうため、交流回路の電流をＶｆの小さいダイオードで検出し整流回路の信号へ変換するため消費電力が小さいフォトカプラを使用するのが良い。

また、フォトカプラ１０ａはＤＣモータ電流を作るための直流電源回路５が整流回路３を介して直列接続されているため、ＤＣモータ電流はフォトカプラ１０ａの電流定格内になるよう電流検出回路６を選定する必要がある。例えば、ＤＣモータ電流がＤＣ９０ｍＡの場合、整流回路へ流入するフォトカプラ１０ａの電流は約ＡＣ１０ｍＡとなり、フォトカプラ１０ａの絶対最大電流定格がＡＣ８０ｍＡを満足することができる。

フォトカプラ１０ａの整流側に接続された電流検出切換回路７は、トランジスタ７ａおよびＦＥＴ７ｂからなる信号回路を用いる。スイッチ９ｂの「弱」の操作の場合、フォトカプラ１０ａに電流が流れ、フォトカプラ１０ａに内蔵される整流側のフォトトランジスタがＯＮとなり、出力電圧ＶＤＣよりトランジスタ７ａにベース電流が流れることでトランジスタ７ａがＯＮする。トランジスタ７ａがＯＮすると、ＦＥＴ７ｂのゲートに電圧が印加されないためＦＥＴ７ｂはＯＦＦとなり、ＤＣモータ電流は抵抗６ａには流れず抵抗６ｂのみに流れる。

一方、スイッチ９ｂが「強」の設定の場合、フォトカプラ１０ａを介さずに整流回路３に交流電流が印加される。このため、フォトカプラ１０ａはＯＦＦし、トランジスタ７ａのベース電流が流れないためトランジスタ７ａがＯＦＦし、ＦＥＴ７ｂのゲートにＶＤＣより電圧が印加されることでＦＥＴ７ｂがＯＮとなり、ＤＣモータ電流は抵抗６ａと抵抗６ｂの合成抵抗に流れる。

例えば、抵抗６ａの抵抗値Ｒ_S1＝約５Ω、抵抗６ｂの抵抗値Ｒ_S2＝約６Ωとした場合、抵抗６ｂのみで電流検出している場合は抵抗値が大きいため、弱運転のＤＣモータ電流Ｉ_L＝約ＤＣ９０ｍＡとなり、合成抵抗（Ｒ_S1＋Ｒ_S2）で電流検出している場合は抵抗値が小さいため、強運転のＤＣモータ電流Ｉ_H＝約ＤＣ２００ｍＡとなるよう直流電源回路５が出力電圧ＶＤＣをＤＣ１２〜６Ｖで可変することができる。

ここで、フォトカプラ１０ａには交流電流が印加されているため、交流のゼロクロスポイントではフォトカプラ内臓のフォトトランジスタが一時的にＯＦＦしてしまう。安定してトランジスタ７ａをＯＮするために、トランジスタ７ａのベースには電解コンデンサ７ｃを接続し、前記フォトトランジスタが一時的にＯＦＦの場合は電解コンデンサ７ｃに充電された電荷でトランジスタ７ａをＯＮし続けることができる。

以上のように、本発明ではスイッチ９ｂの入力により、負荷に流れる一定の電流値を変更することができる電源回路において、スイッチ９ｂによる切換を切換検出回路１０によって電流値で検出することで無駄な消費電力を削減し、低消費電力の電源回路を実現できる。

つまり、この電流は負荷電流でもあるので交流電源に対して、切換検出回路１０と負荷側に電流が分かれて流れることがなく装置としての消費電力を低減することができる。
なお、本実施の形態では電流経路８が２つの場合について説明しているが、図３のブロック図に示すように、電流経路８が３つまたはそれ以上で構成されている場合についても同様の構成を複数個用いると同様の効果が得られる。

本発明にかかる電源回路は、スイッチによる切換を負荷電流で検出して所定の電流値を変更するものであり、一般住宅などに用いられる低消費電力を目的としたＤＣモータ搭載の換気装置や、ＬＥＤ照明に有用である。

１電源回路
３整流回路
４負荷
５直流電源回路
６電流検出回路
７電流検出切換回路
８電流経路
８ａ電流経路
８ｂ電流経路
９スイッチ
９ａスイッチ
９ｂスイッチ
１０切換検出回路

Claims

交流回路に接続される整流回路と、前記整流回路の直流側には、接続された負荷に所定の電流を流す直流電源回路と、前記負荷へ流す電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の検出電流値を切換える電流検出切換回路とを備え、前記整流回路の交流側には、前記整流回路に接続される少なくとも２つ以上の電流経路と、前記電流経路を切換えるスイッチとを備え、前記電流経路の一方には電流を検出する切換検出回路を備え、この切換検出回路の信号により、前記検出電流値を切換える構成とした電源回路。
電流経路の一方はスイッチと整流回路の間に直列接続された切換検出回路を介して整流回路に接続し、他方の電流経路はスイッチから整流回路に直接接続する構成とした請求項１記載の電源回路。
切換検出回路は交流回路から整流回路へ流入する電流を信号回路に伝達する回路であり、前記交流回路と前記信号回路の間を絶縁する構成とした請求項１から２記載の電源回路。
切換検出回路として、フォトカプラを用いる構成とした請求項１から３のいづれか一つに記載の電源回路。
請求項１から４に記載の電源回路を用いた換気装置。
請求項１から４に記載の電源回路を用いた照明装置。