JP2017099178A - 電気機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】突入電流防止回路のリレー接点がオープン故障したことを適切に検出可能な電気機器を提供する。
【解決手段】
電気機器(100)は、外部の交流電源から供給された交流電力を、整流及び平滑し直流電圧を生成する電源回路(1)と、電源回路(1)の入力側において、電源投入時に発生する突入電流を抑制するために接続された抵抗体(TH1)、及び、抵抗体(TH1)に並列に接続された常開型のリレー接点であって、電源投入後に閉じられるリレー接点(RL1)から構成される突入電流防止回路(2)と、抵抗体(TH1)と熱結合するように配置され、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出用素子(TH2)と、温度検出用素子(TH2)の抵抗値の変化を検出する検出回路(3)と、検出回路(3)によって検出された値に基づいて、リレー(RL1)のオープン故障の有無を判定する判定回路(4)と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】
電気機器(100)は、外部の交流電源から供給された交流電力を、整流及び平滑し直流電圧を生成する電源回路(1)と、電源回路(1)の入力側において、電源投入時に発生する突入電流を抑制するために接続された抵抗体(TH1)、及び、抵抗体(TH1)に並列に接続された常開型のリレー接点であって、電源投入後に閉じられるリレー接点(RL1)から構成される突入電流防止回路(2)と、抵抗体(TH1)と熱結合するように配置され、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出用素子(TH2)と、温度検出用素子(TH2)の抵抗値の変化を検出する検出回路(3)と、検出回路(3)によって検出された値に基づいて、リレー(RL1)のオープン故障の有無を判定する判定回路(4)と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、突入電流防止回路を備えた電気機器に関する。
従来、給湯装置に内蔵されるスイッチング電源回路においては、電源投入時に外部の交流電源から入力される突入電流を抑制するため、整流平滑部の前段に突入電流防止回路を備える(特許文献1及び特許文献2を参照)。例えば特許文献2には、負特性を有するパワーサーミスタと、電路開閉手段としてのリレーとが並列に接続された突入電流防止回路が開示されている。
しかし、従来の突入電流防止回路では、リレーの接点を閉じることができない故障(いわゆる、オープン故障)が生じた場合、交流電源から入力される電流はリレーに並列に接続されたパワーサーミスタに流れるが、後段の整流平滑部の動作には影響しない。このため、負荷側の給湯装置の制御部では、その故障を検出することができない、という課題を有していた。このような課題は、上記給湯装置だけでなく、上記突入電流防止回路を備えた電気機器に共通する。
そこで、本発明では、突入電流防止回路のリレー接点がオープン故障したことを適切に検出可能な電気機器を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る電気機器は、外部の交流電源から供給された交流電力を、整流及び平滑し直流電圧を生成する電源回路と、前記電源回路の入力側において、電源投入時に発生する突入電流を抑制するために接続された抵抗体、及び、当該抵抗体に並列に接続された常開型のリレー接点であって、前記電源投入後に閉じられるリレー接点から構成される突入電流防止回路と、前記抵抗体と熱結合するように配置され、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出用素子と、前記温度検出用素子の抵抗値の変化を検出する検出回路と、前記検出回路によって検出された値に基づいて、前記リレーのオープン故障の有無を判定する判定回路と、を備える。
突入電流防止回路において、抵抗体により突入電流を抑制した後にリレーの接点を閉じることができないオープン故障が生じた場合、抵抗体からリレーにバイパスされないため、入力電流は抵抗体を流れ続ける。その結果、自己発熱によって、抵抗体自体の温度が上昇するが後段の電源回路の動作には影響しない。上記構成によれば、抵抗体の自己発熱による温度上昇に伴って、抵抗体と熱結合した温度検出用素子(例えばサーミスタ、バイメタル)の抵抗値が変化するので、検出回路により抵抗値の変化を検出することにより、リレーのオープン故障の有無を判定することができる。
前記検出回路は、前記交流電源の交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路であって、前記温度検出用素子は、前記交流電源と前記ゼロクロス検出回路との間に接続された正特性サーミスタであってもよい。
上記構成によれば、自己発熱による抵抗体の温度上昇に伴って、抵抗体と熱結合した正特性サーミスタの抵抗値が大幅に上昇するので、ゼロクロス検出回路に入力電流が入力されなくなる。これにより、ゼロクロス検出回路は異常値を出力することになるので、リレーのオープン故障の有無を判定することができる。つまり、新たな検出回路を設けることなく、既存のゼロクロス検出回路を利用して簡単な回路構成でリレーのオープン故障を判定できる。その他の温度検出用素子として例えば負特性サーミスタ、バイメタル等の熱動素子でもよい。
前記抵抗体は、負特性サーミスタであってもよい。負特性サーミスタは温度の上昇に応じて抵抗値が低減する特性を有している。この構成によれば、電源投入時には負特性サーミスタの抵抗値が高いので、負特性サーミスタを経由して流れる電流が少ない。これにより、好適に突入電流を防止できる。
前記温度検出用素子と前記負特性サーミスタは、同一基板上に配置されてもよい。この構成によれば、同一基板上に配置された2つのサーミスタは熱結合しやすくなるので、負特性サーミスタの温度上昇に伴う正特性サーミスタの抵抗値の変化を精度良く検出できる。
前記判定回路により前記リレーの故障が発生したと判定された場合は、所定のエラー報知及び所定の安全制御の少なくともいずれか一方を行ってもよい。 上記構成によれば、突入電流抑制回路においてリレーの故障が発生した場合にはエラー報知を行うことにより、電気機器の動作を停止して復旧作業を迅速に行うことができる。また、電気機器(例えば多機能型の給湯装置)において複数の機能(例えば給湯機能、風呂の追い焚き機能、温水暖房機能)のうち必要最低限の機能(例えば給湯機能)だけ動作可能にして電力消費を抑制するといった安全制御を実行して、機器の安全性を確保することができる。
本発明のその他の態様に係る電気機器は、外部の電源から供給された電力から所定の直流電圧を生成する電源回路と、前記電源回路の入力側において、電源投入時に発生する突入電流を抑制するために接続された抵抗体、及び、当該抵抗体に並列に接続された常開型のリレー接点であって、前記電源投入後に閉じられるリレー接点から構成される突入電流防止回路と、前記抵抗体と熱結合するように配置され、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出用素子と、前記温度検出用素子の抵抗値の変化を検出する検出回路と、前記検出回路によって検出された値に基づいて、前記リレーのオープン故障の有無を判定する判定回路と、を備える。
本発明によれば、突入電流防止回路のリレー接点がオープン故障したことを適切に検出可能な電気機器を提供することができる。
以下、好ましい実施の形態を、図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。尚、本明細書において用いられる「端子」とは、各回路要素に実際に端子部材が設けられているか否かに関わらず、回路要素同士を電気的に接続する位置を便宜上示すものである。また、「端子に接続される」とは、当該端子から延びる配線(例えば当該端子と他の回路要素の端子との間を接続する配線)に接続される態様をも含む。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る電気機器の入力側回路の一例である。図1に示すように、電気機器100は、電源回路1と、突入電流防止回路2と、温度検出用素子TH2と、検出回路3と、判定回路4を備える。本実施形態では、電気機器100は給湯装置である。この給湯装置は、給湯機能、風呂の追い焚き機能、及び温水暖房機能を備えた多機能型の給湯装置である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電気機器の入力側回路の一例である。図1に示すように、電気機器100は、電源回路1と、突入電流防止回路2と、温度検出用素子TH2と、検出回路3と、判定回路4を備える。本実施形態では、電気機器100は給湯装置である。この給湯装置は、給湯機能、風呂の追い焚き機能、及び温水暖房機能を備えた多機能型の給湯装置である。
電源回路1は、外部の交流電源ACから供給された交流電力を、整流及び平滑し直流電圧を生成する。本実施形態では、電源回路1は、整流平滑部、DC−DCコンバータ部、出力部を備える(ここでは図示せず)。交流電源ACは例えば有効電圧100Vの商用電源である。交流電源ACの一方の入力端子21は、突入電流防止回路2を介して電源回路1の入力側端子23に接続される。交流電源ACの他方の入力端子22は電源回路1の入力側端子24に接続される。電源回路1の出力側第1正極端子25と出力側負極端子26(グランド)との間にはコンデンサCeが接続される。コンデンサCeの両端に並列にコイルL1が接続される。
突入電流防止回路2は、交流電源ACと電源回路1の間に設けられる。突入電流防止回路2は、電源回路1の入力側において、電源投入時に発生する突入電流を抑制するために接続された抵抗体TH1と、抵抗体TH1の両端に並列に接続されたリレーRL1から構成される。リレーRL1は電源投入後に閉じられるa接点タイプの常開型のリレーである。ここでは抵抗体TH1の一端及びリレーRL1(接点部)の一端は交流電源ACの入力端子21と接続され、抵抗体TH1の他端及びリレーRL1(接点部)の他端は電源回路1の入力側端子23に接続されている。本実施形態では、抵抗体TH1は負特性サーミスタである。負特性サーミスタ(TH1)は室温付近では抵抗値が高く、温度の上昇に応じて抵抗値が低減する負の温度特性を有している。リレーRL1の接点部は、本実施形態では、コイルL1により開閉されるように構成される。コイルL1の一端は電源回路1の出力側第1正極端子25に接続され、コイルL1の他端は出力側負極端子26(グランド)に接続される。電源回路1が動作を開始して、電源回路1の出力側に接続されたコンデンサCeが充電されるとコイルL1の両端の電圧がリレーRL1の動作電圧まで上昇し、接点部が閉じられるように構成されている。
温度検出用素子TH2は、抵抗体TH1と熱結合するように配置され、温度に応じて抵抗値が変化する。本実施形態では、温度検出用素子TH2は、交流電源ACと検出回路3との間に接続された正特性サーミスタである。ここでは正特性サーミスタ(TH2)の一端が交流電源ACの入力端子21に接続され、他端が検出回路3の入力側正極端子27に接続されている。この正特性サーミスタは、室温付近では抵抗値はほぼ一定であり、所定の温度を超えると抵抗値が急上昇する正の温度特性を有する。つまり、正特性サーミスタ(TH2)は室温付近では検出回路3の制限抵抗として機能し、所定の温度を超えると負特性サーミスタ(TH1)と熱結合することにより抵抗値が急上昇する温度検出用素子として機能する。
検出回路3は、温度検出用素子TH2の抵抗値の変化を検出する。本実施形態では、検出回路3は、交流電源ACの交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路である。ここではゼロクロス検出回路は、交流電源ACから供給される入力電圧Vinの有無(具体的にはゼロクロス点の有無)を検出し、検出結果を出力電圧Voutとして判定回路4に出力するように構成される。
ゼロクロス検出回路の入力段は、ダイオードD1と、抵抗R1及びR2と、コンデンサC1と、フォトカプラIC1に収容された発光ダイオードから構成される。ゼロクロス検出回路の入力側正極端子27はダイオードD1のアノード側に接続され、ダイオードD1のカソード側は抵抗R1の一端に接続される。抵抗R1の他端は抵抗R2の一端と接続され、抵抗R2の他端はゼロクロス検出回路の入力側負極端子28に接続される。抵抗R2の両端にコンデンサC1及びフォトカプラIC1の発光ダイオードがそれぞれ並列に接続される。ゼロクロス検出回路の高電圧が供給される入力段では、交流電源ACから供給された入力電圧Vin(AC100V)がダイオードD1で半波整流され、フォトカプラIC1の発光ダイオードが発光する。ここではゼロクロス検出回路の入力段と出力段との間にフォトカプラIC1を設けることにより、高電圧側の入力段と低電圧側の出力段が互いに電気的に絶縁されている。
一方、ゼロクロス検出回路の出力段は、フォトカプラIC1に収容されたフォトトランジスタと、抵抗R3及びR4と、コンデンサC2から構成される。フォトトランジスタは受光量に応じたパルス信号を伝達するためのスイッチング素子として機能する。ここではフォトトランジスタのコレクタ端子は抵抗R3の一端に接続され、エミッタ端子は接地される(エミッタ接地)。抵抗R3の他端は電圧端子に接続される。フォトトランジスタが非導通状態の場合はコレクタ端子には直流電圧(例えばDC5V)が出力され、フォトトランジスタが導通状態の場合はコレクタ端子に接地電位(例えば0V)が出力される。
また、フォトトランジスタのコレクタ端子とグランドとの間はコンデンサC2が接続される。フォトトランジスタのコレクタ端子は抵抗R4を介してゼロクロス検出回路の出力端子29に接続される。つまり、フォトトランジスタの出力側には抵抗R4及びコンデンサC2で構成されるローパスフィルタが接続されている。このローパスフィルタはフォトトランジスタの出力電圧に含まれるノイズ成分を抑制しゼロクロス検出回路の出力端子29に出力電圧Voutを出力する。
判定回路4は、検出回路3によって検出された値に基づいて、リレーRL1のオープン故障の有無を判定する。ここでオープン故障とは、リレーRL1のa接点を閉じることができない故障をいう。本実施形態では、判定回路4は、CPU、ROM、及びRAM等で構成されたマイクロコントローラ(以下、単にマイコンという)である。マイコンはROMに記憶された制御プログラムに従って給湯装置の各種制御を実行する。この制御プログラムには各電装品の運転に関する各種プログラムが含まれており、これらのプログラムに基づいて各電装品の制御が行われる。ここではマイコンにはゼロクロス検出回路から出力された出力電圧Voutが入力され、マイコンはオープン故障の有無を判定する。ここではマイコンはリレーの故障が発生したと判定した場合は報知器5を作動させるとともに給湯装置の動作を停止する。報知器5は、例えば所定の警告音を鳴らすことでユーザにエラーを報知する。
図2は、電源回路1が実装された電源基板10の一例を概略的に示した正面図である。図2に示すように、電源回路1は、整流平滑部11と、DC−DCコンバータ部12と、出力部13とを電源基板10上に備える。
整流平滑部11は、例えば外部の交流電源ACから入力される交流電力を整流する整流部と、整流された直流電力に含まれる変動成分を平滑化する平滑部とを備えたコンデンサインプット型の整流平滑回路として構成される。ここではブリッジダイオードが平滑部として機能し、コンデンサが平滑部として機能する。本実施形態では、整流平滑部11で整流および平滑された後の電力(例えばDC141V)は、出力側第2正極端子30を介して、給湯装置の風呂追焚用ポンプ、温水暖房用ポンプ、ドレン排出用ポンプのDCモータ駆動用回路に供給される(図示せず)。
DC−DCコンバータ部12では、整流平滑部11で整流及び平滑された直流電力が、別の電圧の直流電力に変換されて、出力部13へ出力される。DC−DCコンバータ部12の作用により、出力部13へ出力される直流電力は所定電圧(例えば15V又は5V)に維持される。本実施形態では、出力部13から出力側第1正極端子25を介して出力される電力は、送風機のDCモータ駆動用回路、マイコン等へ供給される。給湯装置において、DC−DCコンバータ部12は、マイコン等の操作部(図示せず)と接続される回路要素に電力を与える絶縁型の変圧部(図示せず)を備えている。この場合、DC−DCコンバータ部12の回路要素としてトランスが用いられ、操作部(図示せず)との絶縁性が確保される。
また、図2に示すように、負特性サーミスタ(TH1)と、正特性サーミスタ(TH2)は電源基板10上に配置される。ここでは2つのサーミスタは熱結合するように同一パターン配線で相互に近傍配置された薄膜サーミスタである。2つのサーミスタは電源基板10上に配置されたチップ形サーミスタでもよい。
[正常時の動作]
次に、電気機器100の正常時の動作について説明する。まず、ユーザにより電源が投入されると突入電流防止回路2に外部の交流電源ACから入力端子22を介して交流電力が給電される(図1参照)。突入電流防止回路2において、電源投入時にはリレ―RL1は開いているので、電源投入時に発生した突入電流は負特性サーミスタ(TH1)を流れる。電源投入時には負特性サーミスタ(TH1)の周囲の温度は室温付近であり、抵抗値が高いので、負特性サーミスタを経由して流れる電流は少ない。よって、好適に突入電流を防止できる。
次に、電気機器100の正常時の動作について説明する。まず、ユーザにより電源が投入されると突入電流防止回路2に外部の交流電源ACから入力端子22を介して交流電力が給電される(図1参照)。突入電流防止回路2において、電源投入時にはリレ―RL1は開いているので、電源投入時に発生した突入電流は負特性サーミスタ(TH1)を流れる。電源投入時には負特性サーミスタ(TH1)の周囲の温度は室温付近であり、抵抗値が高いので、負特性サーミスタを経由して流れる電流は少ない。よって、好適に突入電流を防止できる。
次に、突入電流防止回路2を通過した交流電力が入力側端子23を介して電源回路1に入力されると、電源回路1において整流平滑部11と、DC−DCコンバータ部12と、出力部13が順に動作を開始する(図2参照)。出力部13は出力側第1正極端子25を介して所定電圧(例えば15V)を出力する。これにより、電源回路1の出力側のコンデンサCeが充電される(図1参照)。その結果、コイルL1の両端の電圧がリレーRL1の動作電圧まで上昇し、リレーRL1のa接点が閉じられる。これにより、入力電流の電路が負特性サーミスタ(TH1)からリレーRL1に切り替えられる。すなわち、電源投入から所定時間経過後、突入電流防止回路2においてリレーRL1が閉じられる。これにより、入力電流は交流電源ACの入力端子21、リレーRL1及び電源回路1の入力側端子23の順に流れ、電源回路1は動作を継続することができる。このように、突入電流防止回路2のリレーRL1が正常に動作する場合には所定時間経過後に負特性サーミスタ(TH1)に電流が流れなくなるので、負特性サーミスタ(TH1)に長時間入力電流が流れ続けることが防止される。これにより負特性サーミスタ(TH1)はほとんど発熱しない。
また、図2に示すように、負特性サーミスタ(TH1)と、正特性サーミスタ(TH2)は、電源基板10上に近距離で配置されているが、負特性サーミスタ(TH1)がほとんど発熱しないため、正特性サーミスタ(TH2)は負特性サーミスタ(TH1)から熱の影響をほとんど受けない。
一方、検出回路3の入力側正極端子27には、外部の交流電源ACから入力端子21、及び、制限抵抗として機能する正特性サーミスタ(TH2)を介して入力電圧Vinが給電される(図1参照)。
図3は、突入電流防止回路2が正常に動作した場合の検出回路3の入出力波形の一例を示すタイミングチャートである。図3(a)は検出回路3の入力電圧Vinの波形を示し、図3(b)は出力電圧Voutの波形を示している。
検出回路3の入力段において、入力電圧VinがダイオードD1により半波整流され、発光ダイオードの両端に順方向電圧が供給されたときに発光ダイオードが発光する(図1参照)。一方、検出回路3の出力段において、発光ダイオードの光はフォトトランジスタにより受光される。フォトトランジスタが発光ダイオードの光を受光しない場合(非導通状態)はコレクタ端子にはDC5Vが出力され、フォトトランジスタが発光ダイオードの光を受光した場合(導通状態)はコレクタ端子に0Vが出力される。その結果、図3(b)に示すように、検出回路3の出力端子29からは、受光量に応じて、ハイレベル信号とローレベル信号が繰り替えされたパルス信号が出力電圧Voutとして判定回路4に出力される。
判定回路4は、検出回路3の出力電圧Voutがパルス信号である間は交流電源ACから検出回路3へ入力電圧Vinが正常に供給されていると判断できる。判定回路4は、出力電圧Voutを受けた後、各電装品の運転を開始させる。
[故障発生時の動作]
次に、電気機器100において故障が発生した時の動作について説明する。ここでは突入電流防止回路2において、電源投入後、負特性サーミスタ(TH1)により突入電流を抑制した後にリレーRL1のオープン故障が生じた場合を想定する(図1参照)。この場合は、突入電流防止回路2において、負特性サーミスタ(TH1)からリレーRL1にバイパスされないため、入力電流は負特性サーミスタ(TH1)を流れ続けることになる。その結果、負特性サーミスタ(TH1)が発熱し、負特性サーミスタ(TH1)自体の温度が上昇する。この場合、負特性サーミスタ(TH1)の抵抗値は減少するが、後段の電源回路1の動作には影響しない。
次に、電気機器100において故障が発生した時の動作について説明する。ここでは突入電流防止回路2において、電源投入後、負特性サーミスタ(TH1)により突入電流を抑制した後にリレーRL1のオープン故障が生じた場合を想定する(図1参照)。この場合は、突入電流防止回路2において、負特性サーミスタ(TH1)からリレーRL1にバイパスされないため、入力電流は負特性サーミスタ(TH1)を流れ続けることになる。その結果、負特性サーミスタ(TH1)が発熱し、負特性サーミスタ(TH1)自体の温度が上昇する。この場合、負特性サーミスタ(TH1)の抵抗値は減少するが、後段の電源回路1の動作には影響しない。
図4は、突入電流防止回路2で故障が発生した場合の検出回路3の入出力波形の一例を示すタイミングチャートである。図4(a)は検出回路3の入力電圧Vinの波形を示し、図4(b)は出力電圧Voutの波形を示している。図4(a)及び図4(b)では時刻t1においてリレーRL1のオープン故障が発生した場合を示している。ここで負特性サーミスタ(TH1)と正特性サーミスタ(TH2)は、図2に示したように、同一の電源基板10上に同一パターンで且つ近距離で配置されているので、2つのサーミスタは熱結合しやすい。これにより、負特性サーミスタ(TH1)の自己発熱による温度上昇に伴って、負特性サーミスタ(TH1)と熱結合した正特性サーミスタ(TH2)の抵抗値が大幅に上昇する。その結果、検出回路3の入力側正極端子27へ入力電流が流れなくなり、フォトカプラIC1の発光ダイオードの両端に順方向電圧が印加されず、発光ダイオードは発光しない(図1参照)。フォトトランジスタは発光ダイオードの光を受光しないので非導通状態となる。図4(b)に示すように、時刻t1以降は、出力電圧Voutはハイレベル信号に固定される。このように、リレーRL1でオープン故障が発生した場合には、検出回路3の出力電圧Voutとして異常値が出力される。つまり、出力電圧Voutがハイレベル信号からローレベル信号へ変化しないため、リレーRL1のオープン故障が発生したと判定することができる。
判定回路4は、検出回路3からの出力電圧Voutが所定期間以上ハイレベル信号に固定された場合は出力電圧Voutが異常値であると判断する。この場合には、リレーRL1のオープン故障が発生し、図4(a)に示すように、交流電源ACから検出回路3へ入力電圧Vinが供給されていないと判断することができる。尚、本実施の形態では、判定回路4は、出力電圧Voutが所定期間以上ハイレベル信号に固定された場合に異常値であると判断したが、オープン故障が発生した場合に出力電圧Voutが所定期間以上ローレベル信号に固定されるような構成でもよい。これにより、新たな検出回路を設けることなく、既存のゼロクロス検出回路を利用して簡単な回路構成でリレーのオープン故障を判定できる。
判定回路4はリレーRL1のオープン故障が発生したと判定した場合は報知器5を作動させるとともに給湯装置の動作を停止する。報知器5は、所定の警告音を鳴らすことでユーザにエラーを報知する。これにより、給湯装置の動作を停止して復旧作業を迅速に行うことができる。
尚、本実施形態では、2つのサーミスタ(TH1,TH2)は電源基板10上に配置されたが、2つのサーミスタが相互に近傍配置される構成であれば、これに限定されるものではない。例えば少なくとも一方のサーミスタがリードタイプの場合には異なる基板上に配置されてもよい。
(変形例)
次に、第1実施形態に係る電気機器100の入力側回路の変形例について図5を用いて説明する。以下では、第1実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。図5に示すように、本変形例の電気機器100Aでは、第1実施形態(図1)と比較すると、突入電流防止回路2Aの抵抗体TH1が直列に接続された抵抗R5及び温度ヒューズF1である点、及び温度検出用素子TH2がバイメタル素子B1である点が異なる。
次に、第1実施形態に係る電気機器100の入力側回路の変形例について図5を用いて説明する。以下では、第1実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。図5に示すように、本変形例の電気機器100Aでは、第1実施形態(図1)と比較すると、突入電流防止回路2Aの抵抗体TH1が直列に接続された抵抗R5及び温度ヒューズF1である点、及び温度検出用素子TH2がバイメタル素子B1である点が異なる。
抵抗R5と温度ヒューズF1は熱的に充分結合している必要があるが、例えば温度ヒューズ内蔵抵抗を用いることができる。例えば電源回路1の出力側の故障で電源回路1の出力電圧が低下し、リレーRL1の動作電圧が維持できなくなり、異常な入力電流が抵抗R5を流れ続け電流によって抵抗R5が自己発熱した場合、その熱を受けて温度ヒューズF1が溶断することにより、給電を遮断することができる。
バイメタル素子B1は、所定の温度で湾曲する熱動素子を備える。この熱動素子は一端が交流電源ACの入力端子21に接続された導体に固着され、他端は自由端となっており、検出回路3の入力側正極端子27に接続されている。この一端と他端は当接されており、熱により自由端である他端が湾曲し(図5の点線矢印方向)、一端と他端が物理的に離れるように構成されている。
尚、本変形例では、検出回路3Aのフォトトランジスタの出力側はエミッタフォロワ型で構成される。フォトトランジスタが発光ダイオードの光を受光しない場合(非導通状態)はコレクタ端子には0Vが出力され、フォトトランジスタが発光ダイオードの光を受光した場合(導通状態)はコレクタ端子にDC5Vが出力される。
電気機器100AにおいてリレーRL1のオープン故障が発生した場合には、抵抗R5の自己発熱による温度上昇に伴って、抵抗R5と熱結合したバイメタル素子B1の自由端が湾曲し、バイメタル素子B1の両端の抵抗が無限大になる。検出回路3Aの出力電圧Voutとして異常値が出力される。つまり、本変形例では、検出回路3Aの出力電圧Voutがローレベル信号からハイレベル信号へ変化しないため、判定回路4は、リレーRL1のオープン故障が発生したと判定することができる。これにより、本変形例においても、第1実施形態と同様な効果を奏することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。以下では、第1実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
次に、第2実施形態について説明する。以下では、第1実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
図6は、本発明の第2実施形態に係る電気機器の入力側回路の一例である。図6に示すように、本実施形態の電気機器100Bでは、第1実施形態(図1)と比較すると、検出回路3Bの入力段が正特性サーミスタ(TH2)とオペアンプを用いた定電圧回路である点が異なる。
検出回路3Bの入力段は、ツェナーダイオードD1と、抵抗R1及びR2と、正特性サーミスタ(TH2)と、フォトカプラIC1に収容された発光ダイオードから構成される。
直流電圧(例えばDC5V)が出力される電圧端子とグランドとの間に、抵抗R1と正特性サーミスタ(TH2)が直列に接続されている。直列に接続された抵抗R1と正特性サーミスタ(TH2)に並列に抵抗R2とツェナーダイオードD1が直列に接続されている。抵抗R1と正特性サーミスタ(TH2)を接続する端子31がオペアンプの正相入力端子に接続され、抵抗R2とツェナーダイオードD1を接続する端子32がオペアンプの逆相入力端子に接続される。オペアンプの出力端子とグランドとの間には発光ダイオードが接続される。正特性サーミスタ(TH2)及びツェナーダイオードD1により基準電圧Va及びVbを生成し、基準電圧Va及びVbはオペアンプの正相入力端子及び逆相入力端子に入力される。ここで基準電圧は例えばVa=2V,Vb=3Vに設定される。このときVa<Vbなのでオペアンプの出力電圧Voは負の最大電圧が出力される。これにより発光ダイオードは発光しない。このため検出回路3Bの出力段では、フォトトランジスタが非導通状態であるのでコレクタ端子には直流電圧(例えばDC5V)が出力され、検出回路3Bの出力端子29にはハイレベル信号が出力電圧Voutとして出力される。このように本実施形態の電気機器100Bでは、正常動作には出力電圧Voutはハイレベル信号に固定される。
電気機器100BにおいてリレーRL1のオープン故障が発生した場合には、負特性サーミスタ(TH1)の自己発熱による温度上昇に伴って、負特性サーミスタ(TH1)と熱結合した正特性サーミスタ(TH2)の両端の抵抗が大幅に上昇する。これにより、Va>Vbとなるのでオペアンプの出力電圧Voは正の最大電圧が出力される。これによりフォトカプラIC1の発光ダイオードの両端には順電圧が印加されるので、発光ダイオードが発光する。このため検出回路3Bの出力段では、フォトトランジスタが導通状態であるのでコレクタ端子には接地電位(例えば0V)が出力され、検出回路3Bの出力端子29にはローベル信号が出力電圧Voutとして出力される。このように本実施形態の電気機器100Bでは、オープン故障時には出力電圧Voutはローベル信号に固定される。
つまり、本実施形態では、検出回路3Bの出力電圧Voutがハイレベル信号からローレベル信号へ変化するので、判定回路4は、リレーRL1のオープン故障が発生したことを判定することができる。また、検出回路3Bにオペアンプを用いているので第1実施形態よりも精度高い検出が可能になる。
尚、本実施形態では、温度検出用素子TH2は正特性サーミスタ(TH2)を用いたが、抵抗体TH1の自己発熱による温度上昇に伴って、抵抗体と熱結合して抵抗値が変化する素子であれば、温度検出用素子TH2はバイメタル素子等の熱動素子でもよい。
(変形例)
次に、第2実施形態に係る電気機器100Bの入力側回路の変形例について図7を用いて説明する。以下では、第2実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。図7に示すように、本変形例の電気機器100Cでは、第2実施形態(図6)と比較すると、直流電圧(例えばDC5V)が出力される電圧端子とグランドとの間に、温度検出用素子としての抵抗R1と負特性サーミスタ(TH3)が直列に接続されている点が異なる。
次に、第2実施形態に係る電気機器100Bの入力側回路の変形例について図7を用いて説明する。以下では、第2実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。図7に示すように、本変形例の電気機器100Cでは、第2実施形態(図6)と比較すると、直流電圧(例えばDC5V)が出力される電圧端子とグランドとの間に、温度検出用素子としての抵抗R1と負特性サーミスタ(TH3)が直列に接続されている点が異なる。
直列に接続された抵抗R1及び負特性サーミスタ(TH3)に並列に抵抗R2及びツェナーダイオードD1が直列に接続されている。抵抗R1及び負特性サーミスタ(TH3)を接続する端子31がオペアンプの正相入力端子に接続され、抵抗R2とツェナーダイオードD1を接続する端子32がオペアンプの逆相入力端子に接続される。オペアンプの出力端子とグランドとの間には発光ダイオードが接続される。負特性サーミスタ(TH3)及びツェナーダイオードD1により基準電圧Va及びVbを生成し、基準電圧Va及びVbはオペアンプの正相入力端子及び逆相入力端子に入力される。ここで基準電圧は例えばVa=3V,Vb=2Vに設定される。このときVa>Vbなのでオペアンプの出力電圧Voは正の最大電圧が出力される。これによりフォトカプラIC1の発光ダイオードの両端には順電圧が印加されるので、発光ダイオードが発光する。このため検出回路3Cの出力段では、フォトトランジスタが導通状態であるのでコレクタ端子には接地電位(例えば0V)が出力され、検出回路3Cの出力端子29にはローレベル信号が出力電圧Voutとして出力される。このように本変形例の電気機器100Cでは、正常動作には出力電圧Voutはローレベル信号に固定される。
電気機器100CにおいてリレーRL1のオープン故障が発生した場合には、負特性サーミスタ(TH1)の自己発熱による温度上昇に伴って、負特性サーミスタ(TH1)と熱結合した負特性サーミスタ(TH3)の両端の抵抗が大幅に低下する。これにより、基準電圧はVa<Vbとなるのでオペアンプの出力電圧Voは負の最大電圧が出力される。これによりフォトカプラIC1の発光ダイオードの両端には逆電圧が印加され、発光ダイオードは発光しない。このため検出回路3Cの出力段では、フォトトランジスタが非導通状態であるのでコレクタ端子には直流電圧(例えばDC5V)が出力され、検出回路3Cの出力端子29にはハイレベル信号が出力電圧Voutとして出力される。このように本実施形態の電気機器100Cでは、オープン故障時には出力電圧Voutはハイベル信号に固定される。
つまり、本変形例では、検出回路3Cの出力電圧Voutがローレベル信号からハイレベル信号へ変化するので、判定回路4は、リレーRL1のオープン故障が発生したことを判定することができる。また、第2実施形態と同様に検出回路3Cにオペアンプを用いているので第1実施形態よりも精度高い検出が可能になる。
(その他の実施形態)
尚、上記各実施形態では、判定回路4によりリレーの故障が発生したと判定された場合は、報知器5を介してエラー報知を行い給湯装置の動作を停止させたが、これに限られるものではなく、報知器5を作動させるとともに多機能型の給湯装置において給湯機能、風呂の追い焚き機能、及び温水暖房機能のうち必要最低限の給湯機能だけ動作可能にして電力消費を抑制するといった安全制御を実行してもよい。これにより、機器の安全性を確保することができる。
尚、上記各実施形態では、判定回路4によりリレーの故障が発生したと判定された場合は、報知器5を介してエラー報知を行い給湯装置の動作を停止させたが、これに限られるものではなく、報知器5を作動させるとともに多機能型の給湯装置において給湯機能、風呂の追い焚き機能、及び温水暖房機能のうち必要最低限の給湯機能だけ動作可能にして電力消費を抑制するといった安全制御を実行してもよい。これにより、機器の安全性を確保することができる。
尚、上記各実施形態では、電気機器100は多機能型の給湯装置としたが、これに限られるものではなく、例えばガスファンヒータ等のその他の電気機器でもよい。
尚、上記各実施形態では、外部の交流電源ACから供給された交流電力を、電源回路1によって、整流及び平滑し直流電圧を生成する構成としたが、これに代えて、外部の直流電源の直流電圧から、電源回路によって、異なる所定の直流電圧を生成する構成としてもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明は、突入電流防止回路を備えた電気機器に利用できる。
1 電源回路
2 突入電流防止回路
3 検出回路(ゼロクロス検出回路)
4 判定回路(マイコン)
5 報知器
10 電源基板
11 整流平滑部
12 DC−DCコンバータ部
13 出力部
RL1 リレー接点
TH1 抵抗体(負特性サーミスタ)
TH2 温度検出用素子(正特性サーミスタ)
100 電気機器(給湯装置)
2 突入電流防止回路
3 検出回路(ゼロクロス検出回路)
4 判定回路(マイコン)
5 報知器
10 電源基板
11 整流平滑部
12 DC−DCコンバータ部
13 出力部
RL1 リレー接点
TH1 抵抗体(負特性サーミスタ)
TH2 温度検出用素子(正特性サーミスタ)
100 電気機器(給湯装置)
Claims (6)
- 外部の交流電源から供給された交流電力を、整流及び平滑し直流電圧を生成する電源回路と、
前記電源回路の入力側において、電源投入時に発生する突入電流を抑制するために接続された抵抗体、及び、当該抵抗体に並列に接続された常開型のリレー接点であって、前記電源投入後に閉じられるリレー接点から構成される突入電流防止回路と、
前記抵抗体と熱結合するように配置され、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出用素子と、
前記温度検出用素子の抵抗値の変化を検出する検出回路と、
前記検出回路によって検出された値に基づいて、前記リレーのオープン故障の有無を判定する判定回路と、
を備える、電気機器。 - 前記検出回路は、前記交流電源の交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路であって、
前記温度検出用素子は、前記交流電源と前記ゼロクロス検出回路との間に接続された正特性サーミスタである、請求項1に記載の電気機器。 - 外部の電源から供給された電力から所定の直流電圧を生成する電源回路と、
前記電源回路の入力側において、電源投入時に発生する突入電流を抑制するために接続された抵抗体、及び、当該抵抗体に並列に接続された常開型のリレー接点であって、前記電源投入後に閉じられるリレー接点から構成される突入電流防止回路と、
前記抵抗体と熱結合するように配置され、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出用素子と、
前記温度検出用素子の抵抗値の変化を検出する検出回路と、
前記検出回路によって検出された値に基づいて、前記リレーのオープン故障の有無を判定する判定回路と、
を備える、電気機器。 - 前記抵抗体は、負特性サーミスタである、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電気機器。
- 前記温度検出用素子と前記負特性サーミスタは、同一基板上に配置される、請求項4に記載の電気機器。
- 前記判定回路により前記リレーの故障が発生したと判定された場合は、所定のエラー報知及び所定の安全制御の少なくともいずれか一方を行う、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電気機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015230251A JP2017099178A (ja) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 電気機器 |
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JP2015230251A JP2017099178A (ja) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 電気機器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2015230251A Pending JP2017099178A (ja) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 電気機器 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019083670A (ja) * | 2017-11-01 | 2019-05-30 | コーセル株式会社 | 安定化電源装置 |
JP2020137220A (ja) * | 2019-02-18 | 2020-08-31 | オムロン株式会社 | 故障検出装置 |
US11181562B2 (en) | 2017-07-31 | 2021-11-23 | Rohm Co., Ltd. | Zero-crossing detection circuit |
CN113848504A (zh) * | 2020-06-26 | 2021-12-28 | 万国半导体国际有限合伙公司 | 端口控制器电源通路短路检测 |
US11733275B2 (en) | 2017-07-31 | 2023-08-22 | Rohm Co., Ltd. | Zero-crossing detection circuit |
-
2015
- 2015-11-26 JP JP2015230251A patent/JP2017099178A/ja active Pending
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JP2019083670A (ja) * | 2017-11-01 | 2019-05-30 | コーセル株式会社 | 安定化電源装置 |
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