JP3652649B2 - 電気器具用電源 - Google Patents

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Description

【０００１】
技術分野
本発明は、ＤＣ電源に関し、特に、限定的なものとしてでなく、白物家電器具(whiteware appliance)用の電源に関する。
【０００２】
背景技術
最近の白物家電器具は、一般的に、モータ、ソレノイドおよび制御用電子機器に対して電力を供給する上でモード切替式電源を使用する。斯かる電源は、待機時(ユーザは電源切断と考える状態)においてさえも電力を消費する。モード切替式電源は更に、動作電圧が高いインダクタおよびキャパシタなどの比較的に高価な構成要素を必要とする。斯かる白物家電器具においては、モータ巻線に対して供給される電流を制御すべくパルス幅変調（ＰＷＭ）技術を用いてモータのトルクおよび速度を制御するのが一般的である。斯かるＰＷＭ回路もまた、比較的に高価な構成要素を必要とする。
【０００３】
本発明の目的は、前記の不都合を少なくとも或る程度まで克服する電源を提供することにある。
【０００４】
本発明によれば、
待機モードを有する出力電圧可変制御式ＤＣ電源であって、
主給電線からＡＣを受ける整流器手段と、
使用に際して前記電源のＤＣ出力を提供する貯留キャパシタと、
前記貯留キャパシタと直列に設けられ、前記整流器手段の出力から前記貯留キャパシタへの電流を制御する半導体スイッチング素子と、
前記整流器手段と直列に接続され、前記電源がＯＮモードにあるときに、該整流器手段から提供されるピーク一方向電圧を前記電源の最大ＤＣ出力電圧と一致するレベルまで減少させる電圧低下用抵抗器と、
前記貯留キャパシタの両端のＤＣ電圧を所望値まで変化させるべく、前記スイッチング素子の導通角を可変制御する手段と、を備えている、
ことを特徴とする電源が提供される。
【０００５】
本発明の他の態様によれば、
モータと水分加熱要素とを有する洗い装置であって、
前記モータはＯＮモードと待機モードとを有するＤＣ電源により給電され、前記ＤＣ電源は、
主給電線からＡＣを受ける整流器手段と、
使用に際して前記モータにＤＣを提供する貯留キャパシタと、
前記貯留キャパシタと直列に設けられ、前記整流器手段の出力から前記貯留キャパシタへの電流を制御する半導体スイッチング素子と、
前記整流器手段と直列に接続され、前記電源がＯＮモードにあるときに、該整流器手段から提供されるピーク一方向電圧を前記電源の最大ＤＣ出力電圧と一致するレベルまで減少させる前記加熱要素と、
前記貯留キャパシタの両端のＤＣ電圧を所望値まで変化させるべく、前記スイッチング素子の導通角を可変制御する手段と、を備えている
ことを特徴とする洗い装置が提供される。
【０００６】
本発明の好適実施例は添付図面を参照して記述される。
【０００７】
発明を実施する最良形態
本発明の電源は特に、組込式のヒータ要素を有する皿洗機および洗濯機などの白物家電器具で使用されるのに適しており、斯かる実施例が記述される。
【０００８】
図１には、本発明の電源の概略回路図が示されている。この電源は無変圧器の設計態様であり、高電力電圧低下用抵抗器Ｒ１と交流半波(mains halfwave)の位相制御とを使用することにより、マイクロプロセッサの制御下で３０〜８５ボルトの範囲で変更され得る電圧Ｖdcを有する可変電圧直流レール(rail)を提供する。典型的に前記可変電圧出力は電気器具用モータを制御すべく使用され、且つ、相当の電力を消散する電圧低下用抵抗器Ｒ１は水分加熱要素を形成する。
【０００９】
本発明におけるＲ１などの様に電力を消散する電圧低下用抵抗器を使用することは多くの電源用途では容認されないと思われるが、水分の加熱を行う家庭用電気器具に関しては斯かる抵抗器からの消散電力が水分加熱要素として良好に使用され得る。故に斯かる用途においては、通常的には不都合となるこの回路特徴が利点に変わり得る。
【００１０】
図１を参照すると、２３０／２４０ボルトもしくは１１０ボルトとされ得るＡＣ交流供給電圧Ｖacは、中性線(neutral conductor)と直列なＲ１における電圧低下用抵抗器を介して全波ブリッジ整流器ＢＲに供給される。前記電源により供給されるべき最大ＤＣ電圧が典型的には８５ボルトであることを念頭に置き、Ｒ１の値は公称交流電圧に依存して変更されるべきである。５０Ｈｚで２３０ボルトの主給電線(mains supply)により最大１アンペアの電流で８５ボルトの出力ならば、Ｒ１の値は１２９オームである。１１０ボルトで６０Ｈｚの電源ならば、Ｒ１の値は２９オームである。
【００１１】
ブリッジ整流器ＢＲに依れば大きな値の貯留キャパシタＣ３が充電され、可変電圧のＤＣ電源が提供される。出力電圧の値は、ゲート絶縁バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）であるトランジスタＱ1を位相切換えすることで決定される。Ｑ1の導通角(conduction angle)は、洗濯サイクルの種々の段階にて電気器具のモータ・トルクを決定するために、マイクロプロセッサμＰ1により制御される。Ｑ1の導通角は、コレクタ電流Ｉを示す図２の波形図により示される。導通角ｔonの値が増減されると、出力電圧Ｖdcが増減される。
【００１２】
貯留キャパシタＣ３に対して適切な値は１，０００μＦであると決定された。これは３〜４ボルトのリップル電圧を与えると共に、前記キャパシタは少なくとも１アンペアのリップル電流定格を必要とする。前記電圧低下用抵抗器Ｒ１を使用するということは、キャパシタＣ３のＤＣ電圧定格が比較的に低め即ち１００ボルトとされ得ることを意味する。
【００１３】
Ｑ1の切換えの間における無線周波妨害を最小化すべく、ターンオフ時間ｔoffを制御して電流の変化率ｄＩ／ｄｔを減少する必要がある。トライアック位相制御に対し、通常は２〜５ｍＨのインダクタンスを使用することが必要である。しかし本発明の電源回路によれば、Ｍｉｌｌｅｒ効果を利用して斯かるインダクタンスの使用が回避され得る。Ｍｉｌｌｅｒキャパシタンスと関連する ＩＧＢＴ Ｑ1のゲート抵抗によれば、時間に関して電圧が略々線形に低下する。Ｑ1のゲート電荷は、ゲート電圧とゲート抵抗Ｒ９とにより決定される速度で放電される。
【００１４】
Ｑ1に対するバイアス電流はＡＣ交流から直接的に獲得することによりＱ1のコレクタに対して十分な電圧差が在ることを確実とし、交流の正の半サイクルの各々の間においてＱ1から電源を導出せねばならない。前記バイアス電源(bias supply)は、ダイオードＤ１およびキャパシタＣ４により提供される半波電源(half wave supply)である。
【００１５】
Ｑ1に対する前記バイアス電源は、２つの困難な要件を満足せねばならない。第１に、それは１１０ボルトおよび２３０ボルトの主給電線の両者における適切な動作を確実とせねばならない。第２に、それは電源投入時に確実に高速に起動することにより、Ｑ1が可能的に破滅的な線形モードで動作しない様にせねばならない。負の半サイクルの間においてＱ1がオフもしくは線形モードであれば、コレクタとゲートとの間には電圧差が存在することにより、ダイオードＤ２を介して前記バイアス電源に対する電流が生成される。抵抗器Ｒ８は、その他の場合において一切の瞬間的ゲート駆動を阻止するキャパシタＣ４を分離すべく作用する。抵抗器Ｒ２は、いずれかのダイオードにおける逆方向降伏を引き起こし得る過渡的な交流スパイクの間においてダイオードＤ１およびＤ２を保護する役割を果たす。
【００１６】
通常的には電気器具の制御器を形成するデバイスと同一であるマイクロプロセッサμＰ1は、Ｑ2を介してＱ1を制御することにより前記電源の出力電圧を制御する。前記マイクロプロセッサは、交流の各半サイクルと同期するための時間パルスを必要とする。ゼロ交差検出器回路ＸＤがこれらのタイミング・パルスを提供する。
【００１７】
本発明の電源は、電圧低下用抵抗器Ｒ１において消散された電力が良好に使用され得る用途において多数の利点を提供する。斯かる利点としては、インダクタが不要なこと、モータ制御に関するＰＷＭ回路の必要性が回避されること、前記貯留キャパシタに対する電圧定格が低いこと、無線周波妨害が低くなること、および、電気器具が待機しているときの電力消費が少ないことなどが挙げられる。更に、１１０ボルト交流に対する電源と２３０ボルト交流に対する電源の間で変更する必要があるのは、一個の構成要素の値のみである。この値は、既に説明された如く電気器具の水分加熱要素により実現されるという前記低下用抵抗器の値である。
【００１８】
尚、図１においては低下用抵抗器Ｒ１が主給電線と前記ブリッジ整流器との間に配置して示されるが、該抵抗器は前記ブリッジ整流器のＤＣ側にも配置され得る。
【００１９】
待機時における電力の減少に関し、本発明の回路は従来におけるモード切換え制御による電源と比較して利点を有する、と言うのも、別体の待機用電源を使用することが不要だからである。
【００２０】
殆どの電気器具においては一個以上の固定電圧ＤＣ電源も必要とされるが、斯かる電源は、５ボルトおよび２４ボルトなどの値で電圧を提供すべくパルス幅変調電源を使用するという本発明の可変電圧ＤＣ電源から導出され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、皿洗機などの白物家電器具に特に適したＤＣ電源の回路図である。
【図２】 図２は、前記電源における半導体素子を通る電流の波形図である。

Claims (9)

  1. 待機モードを有する出力電圧可変制御式ＤＣ電源であって、
    主給電線からＡＣを受ける整流器手段と、
    使用に際して前記電源のＤＣ出力を提供する貯留キャパシタと、
    前記貯留キャパシタと直列に設けられ、前記整流器手段の出力から前記貯留キャパシタへの電流を制御する半導体スイッチング素子と、
    前記整流器手段と直列に接続され、前記電源がＯＮモードにあるときに、該整流器手段から提供されるピーク一方向電圧を前記電源の最大ＤＣ出力電圧と一致するレベルまで減少させる電圧低下用抵抗器と、
    前記貯留キャパシタの両端のＤＣ電圧を所望値まで変化させるべく、前記スイッチング素子の導通角を可変制御する手段と、を備えている、
    ことを特徴とする電源。
  2. 前記電圧低下用抵抗器は前記整流器手段の入力と直列に接続される、
    請求項１に記載の電源。
  3. 前記電圧低下用抵抗器は前記整流器手段の出力と直列に接続される、
    請求項１に記載の電源。
  4. 前記電源は、温水を使用する家庭用電気器具におけるモータに電力を供給し、且つ、前記電圧低下用抵抗器は前記水を加熱する加熱要素である、
    請求項１に記載の電源。
  5. 前記半導体スイッチング素子の導通角を可変制御する前記手段はマイクロプロセッサである、
    請求項４に記載の電源。
  6. モータと水分加熱要素とを有する洗い装置であって、
    前記モータはＯＮモードと待機モードとを有するＤＣ電源により給電され、前記ＤＣ電源は、
    主給電線からＡＣを受ける整流器手段と、
    使用に際して前記モータにＤＣを提供する貯留キャパシタと、
    前記貯留キャパシタと直列に設けられ、前記整流器手段の出力から前記貯留キャパシタへの電流を制御する半導体スイッチング素子と、
    前記整流器手段と直列に接続され、前記電源がＯＮモードにあるときに、該整流器手段から提供されるピーク一方向電圧を前記電源の最大ＤＣ出力電圧と一致するレベルまで減少させる前記加熱要素と、
    前記貯留キャパシタの両端のＤＣ電圧を所望値まで変化させるべく、前記スイッチング素子の導通角を可変制御する手段と、を備えている
    ことを特徴とする洗い装置。
  7. 前記電圧低下用抵抗器は前記整流器手段の入力と直列に接続される、
    請求項６に記載の洗い装置。
  8. 前記電圧低下用抵抗器は前記整流器手段の出力と直列に接続される、
    請求項６に記載の洗い装置。
  9. 洗濯サイクル制御器を含み、且つ、前記半導体スイッチング手段の導通角を可変制御する前記手段は前記制御器である、
    請求項６に記載の洗い装置。
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