JP3473290B2 - 負荷制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、負荷の運転を制
御する負荷制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】モーター等の制御負荷を制御する負荷制
御装置における制御回路の多くは、直流低電圧の回路電
源が必要である。従来においては、この回路電源は、制
御負荷と並列に構成された電源回路により供給されてい
ることが多く、交流電源を降圧し、整流することにより
得られている。この場合、回路動作電圧は低圧であるた
め、トランスによる電圧変換や抵抗器による分圧、或い
はコンデンサーによる充放電を利用した電源回路が構成
されている。例えば、特開平８―２８９２９号公報に
は、図５に示すようにリレーを使用して負荷を制御する
負荷制御装置が示されている。この負荷制御装置は制御
回路のリレーコイル３０が通電すると制御負荷３１に直
列に挿入されたリレー接点３２が閉じ、制御負荷３１が
動作し、リレーコイル３０が断電するとリレー接点３２
が開き、制御負荷３１が停止するようになっていて、動
作時には制御負荷３１に電源の殆どが給電される。

【０００３】負荷制御装置自体を動作させるための電源
は、複数個のダイオードを逆並列接続した電圧発生回路
３３と、ダイオードブリッジ回路３４と、平滑コンデン
サ３５と、充電抵抗器３６及びダイオード３７とからな
る電源回路により生成されている。この電源回路ではリ
レー接点３２が開状態では、ダイオード３７と充電抵抗
器３６を介して交流電源から平滑コンデンサ３５に充電
電流が流れ込むが、この充電電流の値を１ｍＡ以下にす
ることにより、制御負荷３１を停止状態に維持すること
ができる。制御負荷３１が運転状態になると、負荷電流
が電圧発生回路３３を流れるため、この電圧発生回路３
３に発生する交流電圧を整流するダイオードブリッジ回
路３４から平滑コンデンサ３５を介して負荷制御装置を
動作させる電力が供給される。

【０００４】また、特開昭６４―７７４９０号公報に
は、図６に示すように制御負荷である冷却ファン４０と
制御回路４１とを直列に接続して、制御回路４１のトラ
ンジスタ増幅器４２のインピーダンス変化でファン電流
を制御する負荷制御技術が示されている。ただし、この
制御回路４１の電源は、先の特開平８―２８９２９号公
報のものとは異り冷却ファン４０の電源とは別電源とな
っていて、制御回路４１は別電源からの電力で動作す
る。即ち、制御回路４１は温度応答インピーダンス４３
の温度変化によりトランジスタ４４のゲート電流を制御
し、トランジスタ４４とダーリントン接続されたトラン
ジスタ４５の出力インピーダンスを変化させて制御回路
４１と直列に接続されたモーターの巻線の電流を変化さ
せて冷却ファン４０のモーターの回転速度を制御する。
制御負荷を可変速制御する手段としては、制御負荷が上
述のようにモーターであれば、位相制御や通電時間を数
１０ｍｓｅｃでＯＮ／ＯＦＦする通電率制御が広く適用
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の負荷制
御装置において、特開平８―２８９２９号公報に示され
ているものでは、負荷駆動素子としてリレーを用いるた
め、負荷駆動時においてもリレーの動作電源が高いこと
から回路電源を低くすることができず、負荷駆動時にお
ける回路損失が大きくなり問題があった。

【０００６】また、負荷駆動素子であるリレーをフォト
トライアックのような低電圧駆動型素子にした場合にお
いても、負荷駆動時において負荷駆動側のトライアック
素子は回路供給電圧源のダイオード３３と直列に挿入さ
れることになり、この電圧降下分の損失が大きくなる。
また、フォトダイオードの駆動においてもＤＣ３Ｖ以上
の電圧が必要で制御回路の低電圧駆動化が十分にできな
いなど問題があった。

【０００７】特開昭６４―７７４９０号公報のものでは
マイクロプロセッサーを利用した制御も可能であるが、
マイクロプロセッサーを搭載した場合も、その電源の確
保に問題点が残る。例えば、ツェナーダイオードＺ１の
両端からマイクロプロセッサーの電源を供給し、接合点
Ｊ１の電圧値をマイクロプロセッサーに入力することに
より制御負荷を制御することも考えられるが、このよう
にした場合、トランジスタ４５の出力インピーダンスが
最小となり、制御負荷が最大出力となったときにはツェ
ナーダイオードＺ１やマイクロプロセッサーに流れる電
流が減少してしまう。従って、この回路構成ではマイク
ロプロセッサーの電源は、交流電源からトランスや抵抗
器を用いて別に確保する必要があり、負荷制御装置を安
価にして省スペース化することは困難である。また、制
御負荷を位相制御や通電率制御により可変速制御する場
合には、前者では磁気音に代表される高周波の騒音の発
生が問題になり、後者では電源のＯＮ／ＯＦＦによるモ
ーターの軸方向の摺動による騒音の発生が問題になる。

【０００８】一方、制御装置の中殻となることの多いマ
イクロコンピューターについては技術革新が進み、その
動作電圧が低くなってきており、５Ｖ程だった動作電圧
は近年では１．８Ｖ程までに低電圧化されている。この
ようにマイクロコンピューターの動作が低電圧で可能に
なれば、マイクロコンピューターを搭載した制御装置に
おけるマイクロコンピューターの電源を確保する新たな
手立ても講じることができる。

【０００９】本発明は、上記した従来の問題点を解決す
るためになされたもので、その課題とするところは、マ
イクロコンピューターの動作電圧の低電圧化に着目し、
必要最小限の部品により、容易に制御負荷を制御するこ
とができる安価にして省スペース化の可能な負荷制御装
置を得ることであり、騒音の発生を防止した通電率制御
を行なうことができる構成の簡素な負荷制御装置を得る
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記した課題を達成する
ために請求項１の発明は、マイクロコンピューターの動
作電圧の低電圧化に着目し、制御負荷と直列にこの制御
負荷を制御素子により制御するマイクロコンピューター
による制御回路を構成し、この制御回路の電源を制御負
荷と共通の電源から制御素子の動作に同期して制御回路
の入力インピーダンスを変化させて生成する手段を採用
する。

【００１１】前記した課題を達成するために請求項２の
発明は、請求項１に係る前記手段における制御負荷がモ
ーターである場合において、制御素子を電流制御可能の
駆動素子とし、制御負荷の通電開始時や通電終了時のタ
イミングにおいて駆動素子により制御負荷を電流制御す
るようにする手段を採用する。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。 実施の形態１．この実施の形態１の負荷制御装置は、マ
イクロコンピューター（以降マイコンと称する）の動作
電圧の低電圧化に着目し、マイコン１を搭載した制御回
路２を制御負荷３と直列に接続し、制御回路２内でマイ
コン１の電源を確保するように構成したものであり、図
１に示すように構成されている。制御負荷３である送風
機のモーターは商用電源４に接続され、制御回路２によ
りタイマー運転される。制御回路２は、全波整流を行な
うダイオードブリッジ５を介して制御負荷３に直列に接
続され、マイコン１、リセット回路６、デジタルトラン
ジスタ７、サイリスタ８、トランジスタ９、ダイオード
１０、及び充電抵抗器１１から構成されている。

【００１３】マイコン１には、電源投入時にその出力ポ
ート１２の出力をＬレベルに保持しながら電源投入時か
らの経過時間をカウントし、所定時間が経過した後に出
力ポート１２をＨレベルにするプログラムが組込まれて
いる。リセット回路６はマイコン１の電源が基準電圧以
下になったときにマイコン１にリセット信号を与える。
デジタルトランジスタ７はそのベースがマイコン１の出
力ポート１２に接続され、マイコン１の出力ポート１２
がＬレベルのときベース電流が流れ、ＯＮ状態になりそ
の出力により制御素子であるサイリスタ８にゲート電流
を流し、これをＯＮ状態にさせる。このサイリスタ８が
ＯＮ状態になると制御負荷３であるモーターは通電状態
になり、送風機が運転状態になる。サイリスタ８のアノ
ード側に接続されたダイオード１０はマイコン１等の回
路要求動作電圧を確保するためのもので、抵抗器で構成
することもできる。充電抵抗器１１とトランジスタ９と
は並列に接続され、制御回路２を充電するための電源回
路を構成している。トランジスタ９のベースはサイリス
タ８のアノード側に接続され、サイリスタ８がＯＮ状態
になることによりベース電流が流れＯＮ状態になり、エ
ミッタ・コレクタ間が導通しダイオード１３を介して制
御回路２を充電する。

【００１４】この負荷制御装置において、電源を投入し
てからある一定の間は、マイコン１の出力ポート１２は
Ｌレベルが保持される。マイコン１の出力ポート１２が
Ｌレベルの間は、デジタルトランジスタ７はベース電流
が流れるためＯＮ状態となる。デジタルトランジスタ７
がＯＮ状態では、サイリスタ８及びトランジスタ９も共
にＯＮ状態になる。このため、制御負荷３は通電状態に
なり、送風機は運転状態になるが、同時に制御回路２の
充電電圧が低下するため、充電抵抗器１１からの充電電
流では不足することになり、トランジスタ９から充電さ
れることになる。

【００１５】制御負荷３の停止状態においては制御回路
２の入力電圧が高いため、制御回路２への入力インピー
ダンスも高くなっているが、制御負荷３の動作状態にお
いては制御回路２の充電電圧は低電圧化するため、入力
インピーダンスを切換えることにより、制御回路２の消
費電流を確保することができる。電源投入時から所定時
間が経過すると、マイコン１は出力ポート１２の出力を
Ｈレベルに変化させる。これにより、デジタルトランジ
スタ７にはベース電流が流れなくなり、デジタルトラン
ジスタ７はＯＦＦ状態になる。デジタルトランジスタ７
がＯＦＦ状態になると、サイリスタ８のゲート電流もト
ランジスタ９のベース電流もともに流れなくなり、サイ
リスタ８もトランジスタ９もともにＯＦＦ状態になり、
制御負荷３も停止する。そして、制御負荷３、ダイオー
ドブリッジ５、充電抵抗器１１及びマイコン１による回
路が形成され、充電抵抗器１１から制御回路２に充電さ
れる。

【００１６】充電抵抗器１１の抵抗値は制御回路２の消
費電流と動作電圧から決定され、この実施の形態１の制
御回路２の消費電流は数１０μＡであり、サイリスタ８
がＯＦＦ状態でも制御負荷３にこの電流が流れるが、低
電流であるため制御負荷３は停止状態となる。この回路
構成によれば、マイコン１等の動作電圧が低電圧化する
程回路の損失は低下し、半導体の動作電圧の低下傾向に
追随してこれを生かす負荷制御装置が構成できる。

【００１７】このようにこの負荷制御装置は、マイコン
などの制御電源を負荷駆動素子であるところのサイリス
タ８と並列に形成するため、駆動素子のオン電圧を制御
回路動作電源電圧として有効に使用できる。このこと
は、制御回路の低電圧駆動化を駆動素子のオン電圧と同
程度まで追求することで、負荷オン時における回路損失
の低減化を図れることを意味する。すなわち、マイコン
低電圧駆動技術やスイッチング昇圧回路技術を回路損失
の低下に直結させることが容易であり、現状においても
ＤＣ１．８Ｖの電圧で制御回路を構成することができて
いる。また、この負荷制御装置は制御回路電源、制御回
路と負荷駆動回路を同一電位上で形成でき、集積化する
うえで有利になる利点もある。

【００１８】なお、この実施の形態１では送風機のモー
ターが制御負荷３として構成されているが、制御負荷３
としては、駆動時において制御回路２の必要電圧４Ｖ程
度の電圧降下が性能に影響を与えないものであれば、送
風機のモーターと同様に適用することができる。また、
マイコン１の入力ポートに例えば結露センサー等の検知
素子を付加し、マイコン１により検知素子の出力結果に
応じて制御負荷３を制御するように構成することもで
き、さらには、タイマー時間経過後、制御負荷３を間欠
運転し、可変速モード化するなど、安価に機能の向上を
推進することもできる。

【００１９】実施の形態２．図２はこの実施の形態２の
負荷制御装置を示す回路構成図である。この負荷制御装
置は実施の形態１の負荷制御装置の制御素子を電流制御
用の駆動素子としてのトランジスタ１４で構成し、定電
流制御を行なうようにしたものであり、これ以外の基本
的な構成は実施の形態１のものと同じである。従って、
実施の形態１のものと同一部分については同一の符号を
用いそれらについての説明は省略する。

【００２０】図２に示すようにこの実施の形態２の負荷
制御装置では、デジタルトランジスタ７の出力側にサイ
リスタ８に変えて電流制御用の駆動素子であるトランジ
スタ１４のベースが接続されている。このトランジスタ
１４のエミッタ側のａ点の電圧値が出力信号としてマイ
コン１のＡ／Ｄ変換ポート１５に帰還される。ダイオー
ドブリッジ５の出力側にはトランジスタ１６と抵抗器１
７，１８，１９からなるゼロクロス検出回路２０が構成
されていて、このゼロクロス検出回路２０の出力がマイ
コン１に入力される。マイコン１はゼロクロス検出回路
２０の出力により電源同期をとりながらそのＤ／Ａ出力
ポート１２からのデジタルトランジスタ７への出力信号
を制御する。

【００２１】この負荷制御装置では、デジタルトランジ
スタ７がＯＮ状態のとき、トランジスタ１４もＯＮ状態
になり、そのエミッタ側に接続された抵抗器２１に電流
が流れる。これによりａ点の電圧値は増加していく。こ
のａ点の電圧値はマイコン１のＡ／Ｄ変換ポート１５に
入力される。マイコン１は、この電圧値を使用してゼロ
クロス検出回路２０の出力によって電源同期をとりなが
らデジタルトランジスタ７への出力となるＤ／Ａ出力ポ
ート１２からの出力信号を制御する。これにより、トラ
ンジスタ１４に定電流を流すことができ、制御回路２の
入力インピーダンスを変化させることができるととも
に、制御負荷３であるモーターにかかる電圧も変化させ
ることができるので、送風機の風量を可変制御すること
ができる。

【００２２】このようにこの実施の形態２の負荷制御装
置では、実施の形態１のもののように制御負荷３のＯＮ
／ＯＦＦを制御するだけでなく、制御負荷３の通電率制
御において、通電開始時や通電停止時の数サイクルに電
流制御を行なうことが可能になっている。図３のＡはこ
の負荷制御装置を用いて通電率制御を行なった時の出力
電圧を示し、図３のＢに示すように通常の通電率制御に
よれば、電圧が急峻に立ち上がり、或いは急峻に降下す
るためモーターを制御するさいに、モーターから磁気音
等の騒音が生じるが、この負荷制御装置を用いて通電率
制御を行なえば、通電開始時と通電終了時に電流制御を
行なうことができるので、モーターへの通電が滑らかに
なり、上記したような騒音の発生を防止することができ
る。これ以外の動作や機能は実施の形態１のものと同じ
である。

【００２３】実施の形態３．図４はこの実施の形態３の
負荷制御装置を示す回路構成図である。この負荷制御装
置は実施の形態２のデジタルトランジスタ７をＯＰアン
プ２２に置換し、ＯＰアンプ２２により定電流回路を構
成したものであり、これ以外の基本的な構成は実施の形
態２のものと同じである。従って、実施の形態２のもの
と同一部分については同一の符号を用いそれらについて
の説明は省略する。

【００２４】図４に示すようにこの負荷制御装置は、マ
イコン１のＤ／Ａ出力ポート１２の出力とトランジスタ
１４のエミッタ側のａ点の電圧値とがＯＰアンプ２２に
入力され、ＯＰアンプ２２の出力によってトランジスタ
１４を定電流制御するものである。即ち、ＯＰアンプ２
２の出力によりトランジスタ１４がＯＮ状態になると、
そのエミッタ側に接続された抵抗器２１に電流が流れ
る。これによりａ点の電圧値は増加していく。このａ点
の電圧値はＯＰアンプ２２に入力される。マイコン１は
ゼロクロス検出回路２０の出力によって電源同期をとり
ながらＯＰアンプ２２への出力となるＤ／Ａ出力ポート
１２からの出力信号を制御する。これにより、実施の形
態２のものと同様にトランジスタ１４に定電流を流すこ
とができ、制御回路２の入力インピーダンスを変化させ
ることができるとともに、制御負荷３であるモーターに
かかる電圧も変化させることができるので、送風機の風
量を可変制御することができる。これ以外の動作や機能
は実施の形態２のものと同じである。

【００２５】

【発明の効果】以上、実施の形態による説明からも明ら
かなように、請求項１の発明によれば必要最小限の部品
により、容易に制御負荷を制御することができる安価に
して省スペース化の可能なマイクロコンピューターの動
作電圧の低電圧化を利用した負荷制御装置が得られる。

【００２６】請求項２の発明によれば、請求項１に係る
前記効果とともに制御負荷の制御に伴う騒音の発生を防
止した通電率制御を行なうことができる構成の簡素な負
荷制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の負荷制御装置を示す回路構成
図である。

【図２】 実施の形態２の負荷制御装置を示す回路構成
図である。

【図３】 実施の形態２の負荷制御装置を用いて通電率
制御を行なった場合の出力電圧の波形図（Ａ）と、通常
の通電率制御の出力電圧の波形図（Ｂ）である。

【図４】 実施の形態３の負荷制御装置を示す回路構
成図である。

【図５】 従来の制御装置の回路構成図である。

【図６】 従来の制御装置の回路構成図である。

【符号の説明】

１ マイコン、 ２ 制御回路、 ３ 制御負荷、 ４
商用電源、 ５ ダイオードブリッジ、 ７ デジタ
ルトランジスタ、 ８ サイリスタ、 ９ トランジス
タ、 １１ 充電抵抗器、 １４ トランジスタ、 ２
０ ゼロクロス検出回路、 ２２ ＯＰアンプ。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/28 - 5/44 H02P 7/36 - 7/66 G05F 1/45

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御負荷と直列に制御回路を構成し、こ
   の制御回路は、前記制御負荷を制御する制御素子とこの
   制御素子を制御するマイクロコンピューターとからな
   り、この制御回路の電源を上記制御負荷と共通の電源か
   ら上記制御素子の動作に同期して上記制御回路の入力イ
   ンピーダンスを変化させて生成したことを特徴とする負
   荷制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の負荷制御装置であっ
   て、制御負荷がモーターであり、制御素子を電流制御可
   能の駆動素子とし、制御負荷の通電開始時や通電終了時
   のタイミングにおいて上記駆動素子により上記制御負荷
   を電流制御するようにしたことを特徴とする負荷制御装
   置。