JP3142785U - 扇風機用多重保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】制御回路のトライアックが、交流作動電圧のゼロレベル点においてオン／オフの切換作業を行うことを保証し、かつ逆起動力の発生を低減させる扇風機用多重保護回路を提供する。
【解決手段】中央制御ユニットと、整流ユニットと、複数のトライアックを有する速度制御ユニットと、操作／指示ユニットとを含み、速度制御ユニットの第１トライアックの両端にはサージアブソーバが並列接続されている。前記中央制御ユニットは、電圧検出ピンを用いて交流入力電圧の波形変化を検知し、ゼロ電圧レベルの時間点を得ることができ、扇風機の作動モードを変更する際、中央制御ユニットはトライアックを対応的に制御して、オン／オフの切換作業を実行させる。この切換作業はゼロ電圧レベルの箇所でのみ行われるように制御され、切換過程で発生する逆起動力を低減し、トライアックが焼損することを回避する。
【選択図】図１

Description

本考案は扇風機用多重保護回路に関し、特にゼロ電圧レベル切換機能（Ｚｅｒｏ−ｃｒｏｓｓ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）を有し、かつ第１トライアックの両端にサージアブソーバが並列接続されることにより、各トライアックが保護される扇風機用多重保護回路に関する。

図５に示したように、扇風機に使用される保護回路は、主に中央制御ユニット６０と、整流ユニット６１と、複数のトライアック（ＴＲＩＡＣ）６３１〜６３３を有する速度制御ユニット６３と、操作／指示ユニット６４とを含む。

中央制御ユニット６０は、設計されたプログラムをプログラマブル集積回路に記録して構成され、利用者が入力した制御命令に応じて、速度制御ユニット６３の素子を対応駆動させ、扇風機を基本的な強／中／弱／微の４段階からなる一定の回転速度モード及び自然風モードに切り換える。

整流ユニット６１は交流入力電圧に接続され、該交流入力電圧を変換させて、安定した直流電圧（例えば５Ｖ）に整流して、中央制御ユニット６０に供給する。
整流ユニット６１には、高圧コンデンサ、整流ダイオード、ツェナーダイオード、ろ波コンデンサ等の素子が含まれ、安定した直流電圧を発生させて各ユニットに供給する。
整流ユニット６１の入力端にはサージアブソーバ６２が設けられている。

速度制御ユニット６３には主に、第１トライアック６３１、第２トライアック６３２及び第３トライアック６３３が含まれ、各トライアック６３１〜６３３のゲートはそれぞれ中央制御ユニット６０の出力ピンに接続されており、中央制御ユニット６０によってオンにするか否かが制御され、各トライアック６３１〜６３３のうちの一端子が、ファンモータのコイルに対応して接続され、この３つのトライアックが強／中／弱の回転をそれぞれ制御している。

操作／指示ユニット６４は、複数の操作ボタン及び発光ダイオード（ＬＥＤ）指示ランプから構成され、各操作ボタン及びＬＥＤ指示ランプは、中央制御ユニット６０に接続されている。
操作ボタンは、電源スイッチ、タイマースイッチ、モード切換スイッチ、風力強弱スイッチ等を含んでいてもよい。ＬＥＤ指示ランプは現在の操作状態を表示することができる。

前記回路は、扇風機用の基本制御回路であって、基本的な操作機能を有しているが、下記のような課題が存在する。

（１）自然風モードを実現するために、中央制御ユニット６０は３つのトライアック６３１〜６３３を交互に駆動してオンにし、大自然の風に似た効果を作り出す。３つのトライアック６３１〜６３３を駆動するために、オン、オフの時間点にはランダム方式を取り入れているが、オン、オフの時間点は交流入力電圧の何れかの１点にちょうど重なる可能性がある。トライアック６３１〜６３３の耐圧値は通常８００ボルト以下であるため、切換時間点が交流入力電圧の最高点（ピーク値）付近にあるときに切換が行われた場合、モータコイルに発生する逆起電力が数千ボルトに達することがあり、トライアック６３１〜６３３が焼損し易くなる。

（２）低速回転モード（微風）を実現するために、中央制御ユニット６０は時分割（Ｔｉｍｅ Ｓｈａｒｉｎｇ）切換方式を用いて、第３トライアック６３３のオン時間を制御することにより、出力を制御して微風効果を生み出すが、第３トライアック６３３はオン／オフが断続的であり、ファンモータは交流入力電圧の一部周波数においてのみ作動するため、振動が生じてしまう。

（３）サージアブソーバ６２は、整流ユニット６１の入力端に配置されるため、電源線の抜き差し時に交流入力電圧から生じる高起電力を効果的に回避することはできるが、回路の位置から言えば、サージアブソーバ６２がファンモータのコイルより前に配置されるため、高電圧を発生させる逆起電力がコイルに存在すると、サージアブソーバ６２はこれを除去することができず、したがって、トライアック６３１〜６３３の損壊を招くことがある。

本考案は、ゼロ電圧レベル切換機能を有して、制御回路のトライアック（ＴＲＩＡＣ）が、交流作動電圧のゼロレベル点においてオン／オフの切換作業を行うことを保証し、かつ第１トライアックの両端にサージアブソーバを設置して逆起動力の発生を低減させる、扇風機用多重保護回路を提供することを主な目的とする。

前記目的を達成するため、扇風機の制御回路は、
交流入力電圧に接続される２つの交流入力端を有し、コンデンサの充放電と、半波整流回路と、ツェナーダイオードとを用いて交流電源を安定した直流電源に変換する整流ユニットと、
複数の出力制御ピンと、交流入力電圧を検知可能でかつＲＣ素子を直列接続して電源線のうちの一端に接続される電圧検出ピンを包含した複数の信号入力ピンとを有する中央制御ユニットと、
第１端子と、第２端子と、ゲートとをそれぞれ有する複数のトライアックを含み、該複数のゲートが中央制御ユニットの複数の出力制御ピンに対応して接続され、各トライアックの第１端子が交流電源線の共通配線に接続され、第２端子がファンモータの各対応するコイルに接続され、第１トライアックの両端にサージアブソーバが並列接続され、他のトライアックの両端にコンデンサが並列接続されていて、逆起動力によるトライアックの破壊を回避する、速度制御ユニットと、
複数の操作ボタンと複数の指示ランプとを含んでなり、各操作ボタンと指示ランプが中央制御ユニットに接続されている、操作／指示ユニットと、を備えている。

前記中央制御ユニットは、電圧検出ピンを用いて交流入力電圧の波形変化を検知し、ゼロ電圧レベルの時間点を得ることができ、扇風機の作動モードを変更する際、中央制御ユニットはトライアックを対応的に制御して、オン／オフの切換作業を実行させる。この切換作業はゼロ電圧レベルの箇所でのみ行われるように制御され、切換過程で発生する逆起動力を低減し、トライアックが焼損することを回避する。

図１に示したように、本考案の交流ファン制御回路は主に、中央制御ユニット１０と、整流ユニット２０と、速度制御ユニット３０と、操作／指示ユニット４０とを備えている。

中央制御ユニット１０は、プログラマブル集積回路からなり、内部に汎用の扇風機制御プログラムを記録するほか、さらに零位相トリガプログラムを有している。
中央制御ユニット１０は、複数の出力制御ピンＨ，Ｍ，Ｌ，ＣＯＭ１，ＣＯＭ２と、信号入力ピンＳＥＧ１〜ＳＥＧ５，ＳＹＮとを有する。信号入力ピンには電圧検出ピンＳＹＮが含まれ、電圧検出ピンＳＹＮはＲＣ回路を介して前記交流入力電圧の共通配線Ｎに接続されている。

整流ユニット２０は交流電源の入力端に接続され、５ボルトの直流電圧を中央制御ユニット１０に提供できる。
該整流ユニット２０の２つの交流入力端は交流入力電圧に接続され、２つの交流入力端の間に高圧コンデンサ２２と、半波整流回路と、ツェナーダイオードとが直列接続されていて、安定した５ボルトの直流電圧を発生する。
高圧コンデンサ２２のうちの一端には、降圧コンデンサ２３と、電圧位相検出ピンＳＹＮとが同時に接続されているため、中央制御ユニット１０は前記交流入力電圧の即時的な位相変化を随時検知できる。
降圧コンデンサ２３の他方の一端には、複数のダイオードとコンデンサからなる降圧、ろ波、定電圧回路が接続されていて、５ボルトの直流電圧を発生する。

速度制御ユニット３０は主に、第１トライアック３１ａと、第２トライアック３２ａと、第３トライアック３３ａとを含み、各トライアック３１ａ〜３３ａのゲートが、それぞれ中央制御ユニット１０の３つの出力制御ピンＨ，Ｍ，Ｌに接続され、第１トライアック３１ａの第１端子と第２端子とが、サージアブソーバ５１に並列接続され、第２、第３トライアック３２ａ，３３ａの２つの端子が、保護コンデンサ４２ａ，４３ａに並列接続され、さらに各トライアック３１ａ〜３３ａの第１端子が交流電源共通配線Ｎに接続され、第２端子が各ファンモータの対応するコイルに接続されている。

操作／指示ユニット４０は、複数の操作ボタンと発光ダイオード（ＬＥＤ）指示ランプとからなる。各操作ボタン及びＬＥＤ指示ランプは、中央制御ユニット１０に接続されている。操作ボタンは電源スイッチ（ＰＯＷＥＲ）、タイマースイッチ（ＴＩＭＥＲ）、モード切換スイッチ（ＭＯＤＥ）、風力強弱スイッチ（ＳＰＥＥＤ）等を含んでいてもよく、ＬＥＤ指示ランプは現在の操作状態を表示することができる。

本考案は、例えば強／中／弱／微の４段階の一定回転速度モード及び自然風モード等基本的なファン制御機能を有するが、中央制御ユニット１０は電圧検出ピンＳＹＮを介して交流入力電圧の即時的位相変化を得られるため、異なる回転速度モードに切り換えるとき、又は自然風モードで操作するとき、対応するトライアック３１ａ〜３３ａを直接直ちに駆動させることはせず、交流入力電圧がゼロ電圧レベル時にあることを判別してから切換を行う。
換言すれば、切換動作を行うときは、交流入力電圧がゼロレベルに極めて近いときであり、こうすることでファンモータコイルにより発生する逆起動力を最低に下げて、トライアック３１ａ〜３３ａが高圧により焼損するのを回避する。

さらに、トライアック３１ａ〜３３ａの両端にサージアブソーバ５１又は保護コンデンサ５２，５３を並列接続して、トライアック３１ａ〜３３ａの切換過程で、コイルから発生する逆起動力を吸引することもでき、高圧のほとんどがサージアブソーバ５１により除去されるため、実質的には他のトライアック３２ａ，３３ａにおける逆起動力は大幅に低減されている。
したがって、本考案はサージアブソーバ５１を用いることで各トライアック３１ａ〜３３ａに対して、逆起動力を吸引する保護作用を提供できることがわかる。

図２は本考案の第２実施例を示している。
前記実施例と相違するところは、この制御回路が、左右首振り機能を有する扇風機に使用可能なことである。
したがって、速度制御ユニット３０に第１、第２、第３のトライアック３１ｂ〜３３ｂのほか、首振り制御トライアック３４ｂが増設されている。
そのゲートは中央制御ユニット１０の制御出力ピンＯＳＣに接続され、両端子間に保護コンデンサ５４が同様に接続されている。
操作／指示ユニット４０には、首振りボタンＯＳＣが対応的に追加される。

図３は、本考案の第３実施例の詳細な回路図である。
この実施例は、周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流入力電圧に適用可能であり、交流周波数が異なっていても、微風回転速度は略同一であるという機能を有する。
交流入力電圧が正弦波波形であるため、中央制御ユニット１０は電圧検出ピンを介して正弦波の上昇エッジから下降エッジまでの時間Ｔを検知する。
周波数が異なるため、時間Ｔの長さも異なり、よって中央制御ユニット１０はＴ値に照らして現在使用している交流入力電圧が何れの周波数であるかを逆算し、電源が６０Ｈｚであれば、第４トライアック３４Ｃの作動を選択し、５０Ｈｚであれば、第４、第５トライアック３４Ｃ，３５Ｃの同時作動を選択して、電源周波数を変換させ、微風モード回転速度を一定を保つ機能が達成される。

速度制御ユニット３０の低速回転モード（微風）に対して、より好ましい操作方式を提供するため、２つのトライアック３４ｃ，３５ｃを増設した。
２つのトライアック３４ｃ，３５ｃのゲートは、それぞれ中央制御ユニット１０の２つの出力制御端ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に接続されており、その第１端子はインダクタンスＬ２，Ｌ１に個別に接続され、かつ各インダクタンスＬ２，Ｌ１の他方の一端が、ＲＣ並列回路に接続されている。
２つのＲＣ並列回路におけるコンデンサＰ１，Ｐ２は降圧コンデンサとして、トライアック３５ｃ，３４ｃにそれぞれ接続され、交流周波数が電源６０Ｈｚのとき、第４トライアック３４ｃの作動を選択し、電源５０Ｈｚのとき、第４、第５トライアック３４ｃ，３５ｃの同時作動を選択する。
単独コンデンサＰ１が６０Ｈｚ時に発生する容量性リアクタンスと、５０Ｈｚ時に２つのコンデンサＰ１，Ｐ２が並列接続されて発生する容量性リアクタンスとが略同じであるため、周波数５０Ｈｚのときには、トライアック３４ｃ，３５ｃを同時に作動させ、周波数６０Ｈｚのときには、トライアック３４ｃを作動させて、回転速度を調整する目的を達成する。

本考案は、コンデンサＰ１，Ｐ２を用いて交流状況下で容量性リアクタンスの効果を有することにより、降圧、降回転速度の目的を達成する。
このため全周波数下で作動するが、従来のファンは時分割（ｔｉｍｅ ｓｈａｒｉｎｇ）の作動原理を用いていたため、ファンは一部の周波数でしか作動せず、触れると振動が感じられた。本考案のモータを使用した場合、従来のファンと比べて風速がより安定し、ノイズも非常に小さくなる。
換言すれば、本考案は、微風モードではコンデンサＰ１，Ｐ２を介して交流電源が降圧され、モータコイルを低作動電圧下で作動させるため、低速回転が得られる。従来のファンは時分割動作であるため、全交流周波数のうち一部の周波数では作動せず、モータの作動状態に間断現象が現れ、振動や雑音の問題が生じる。

図４に示したように、本考案の第４実施例が前記第３実施例と相違するところは、速度制御ユニット３０がファンの首振りを制御する機能を有することにある。
したがって、首振り制御トライアック３６ｄが追加され、この首振り制御トライアック３６ｄのゲートは、中央制御ユニット１０の制御出力ピンＯＳＣに接続されている。

上記の通り、本考案はゼロ電圧レベル切換技術を用いて、ファンが各段階の回転速度モードの切換及び自然風作動モード下において、各トライアックに低操作電圧で動作切換せしめるものであり、逆起動力の高圧を効果的に低減することができる。
また、トライアックにサージアブソーバが並列接続されることで、ファンコイルから発生する逆起動力を低減することもでき、トライアックの焼損が回避され、コンデンサにより降圧して微風モードを達成し、安定した風速及びモータのノイズ低下を実現できる。

本考案の第１実施例の詳細な回路図である。 本考案の第２実施例の詳細な回路図である。 本考案の第３実施例の詳細な回路図である。 本考案の第４実施例の詳細な回路図である。 従来の扇風機における制御回路ブロック図である。

符号の説明

１０ 中央制御ユニット
２０ 整流ユニット
２２ 高圧コンデンサ
２３ 降圧コンデンサ
３０ 速度制御ユニット
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 第１トライアック
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 第２トライアック
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 第３トライアック
３４ｃ，３４ｄ 第４トライアック
３５ｃ，３５ｄ 第５トライアック
３６ｃ，３６ｄ 首振り制御トライアック
４０ 操作／指示ユニット
５１ サージアブソーバ
５２，５３，５４ 保護コンデンサ
６０ 中央制御ユニット
６１ 整流ユニット
６２ サージアブソーバ
６３ 速度制御ユニット
６３１ 第１トライアック
６３２ 第２トライアック
６３３ 第３トライアック
６４ 操作／指示ユニット

Claims (7)

1. 交流入力電圧に接続される２つの交流入力端を備えて、各ユニットに供給される安定した直流電圧を発生する整流ユニットと、
   複数の出力制御ピンと、前記交流入力電圧に接続されて、該交流入力電圧を検知可能な電圧検出ピンを包含する複数の信号入力ピンとを備えた中央制御ユニットと、
   前記交流入力電圧の共通配線に接続される第１端子と、ファンモータの対応する各コイルに接続される第２端子と、前記中央制御ユニットの複数の出力制御ピンに対応して接続されるゲートとをそれぞれ有する複数のトライアックを備えた速度制御ユニットと、
   前記中央制御ユニットにそれぞれ接続される、複数の操作ボタン及び複数の指示ランプからなる操作／指示ユニットと、
   を含んでなる扇風機用多重保護回路。
2. 前記速度制御ユニットにおける一つのトライアックの第１端子と第２端子との間にサージアブソーバが接続され、他の各トライアックの第１端子と第２端子との間に保護コンデンサが接続されている、請求項１に記載の扇風機用多重保護回路。
3. 前記速度制御ユニットが、第１トライアックと、第２トライアックと、第３トライアックとを備えており、前記第１トライアックの第１端子と第２端子との間に前記サージアブソーバが接続され、第２トライアック及び第３トライアックの第１端子と第２端子との間に前記保護コンデンサがそれぞれ接続されている、請求項２に記載の扇風機用多重保護回路。
4. 前記速度制御ユニットはさらに、扇風機の首振り動作を制御可能な首振り制御トライアックを備え、その第１端子と第２端子との間に保護コンデンサが接続されている、請求項３に記載の扇風機用多重保護回路。
5. 前記速度制御ユニットはさらに、扇風機が低速回転モードで動作するように制御可能な第４トライアック及び第５トライアックを備え、前記第４トライアック及び第５トライアックの第１端子と第２端子との間に保護コンデンサが接続され、第４トライアック及び第５トライアックの第１端子にインダクタンスがそれぞれ接続され、該インダクタンスがさらにＲＣ並列回路に接続されている、請求項３に記載の扇風機用多重保護回路。
6. 前記速度制御ユニットはさらに、扇風機が低速回転モードで動作するように制御可能な第４トライアック及び第５トライアックを備え、前記第４トライアック及び第５トライアックの第１端子と第２端子との間に保護コンデンサが接続され、第４トライアック及び第５トライアックの第１端子にインダクタンスがそれぞれ接続され、前記インダクタンスがさらにＲＣ並列回路に接続されている、請求項４に記載の扇風機用多重保護回路。
7. 前記整流ユニットは、高圧コンデンサと、整流ダイオードと、ツェナーダイオードと、ろ波コンデンサとを備えている、請求項５又は６に記載の扇風機用多重保護回路。

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