JP5552286B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電源により作動する電気機器の作動を制御する制御装置に関する。

特許文献１には温風暖房機の対流ファンを制御するモータ制御装置が開示されており、このモータ制御装置は、交流電源により作動する交流モータに支持値の大きさに比例した通電量を給電するモータ駆動回路と、交流モータが所定の目標回転数となるような支持値をモータ駆動回路に送出するマイクロコンピュータを備えている。このモータ制御装置は、交流電源の電圧を所定の電圧に降圧させる変圧器と、この変圧器の二次側に接続されるシリコンブリッジダイオードと、平滑用コンデンサと、整流出力を安定化する安定化回路とを有した電源回路と、平滑用のコンデンサにより平滑させた直流電圧を検出してマイクロコンピュータに出力する電圧検出回路と、暖房運転時のガス量を調整する比例弁を駆動させるための比例弁駆動回路と、電磁安全弁を駆動させるための電磁安全弁駆動回路とを備えている。このモータ制御装置においては、マイクロコンピュータは電圧検出回路から入力される直流電圧に基づいて、交流電源の電圧を間接的に検出している。

特開平７−１５４９９４号公報

上述した特許文献１のモータ制御装置においては、マイクロコンピュータは電圧検出回路から入力される直流電圧に基づいて、交流電源の電圧を間接的に検出している。しかし、暖房運転時に電源回路から比例弁駆動回路や電磁安全弁駆動回路等の他の駆動回路に電流が供給されると、電圧検出回路からマイクロコンピュータに入力される直流電圧は周期的に脈動する。マイクロコンピュータが脈動する直流電圧に基づいて交流電源の電圧を算出すると、検出したタイミングによって直流電圧の値が異なるために、電源電圧の正確な電圧を算出することができなかった。

そこで、マイクロコンピュータが電圧検出回路により検出される電圧を高速で連続的に解析処理すれば、例えば脈動する直流電圧のピークとなる時間の電圧に基づいて交流電源の電圧を算出することができ、電圧の脈動の影響を受けることなく交流電源の電圧を算出することができるようになる。しかし、マイクロコンピュータが電圧検出回路により検出される電圧を高速で連続的に解析処理すると、マイクロコンピュータに大きな負担がかかって他のプログラム等の処理に支障が生じることとなる。そこで、本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、交流電源により作動する電気機器の作動を制御するためのマイクロコンピュータを備え、交流電源により供給される交流を変圧器により降圧させ、この降圧させた交流を整流回路と平滑回路とにより整流させた直流によりマイクロコンピュータが作動する制御装置であって、制御装置は整流回路と平滑回路とにより整流された直流電圧を検出してマイクロコンピュータに出力する電圧検出回路と、電圧検出回路により検出された直流電圧に基づきマイクロコンピュータにより交流電源の電圧を算出する算出手段を備えた制御装置において、制御装置は変圧器の二次側の交流の電圧に応じてオンオフしてこのオンオフ信号をマイクロコンピュータに出力するスイッチング素子をさらに備え、マイクロコンピュータはスイッチング素子により入力されるオンまたはオフ信号の入力される時間を２で除した時間から交流のピークとなる時間を算出して、このピークとなる時間に交流電源の周波数と変圧器に応じた所定の遅延時間を加算した時間となるタイミングで電圧検出回路により検出した直流電圧に基づき算出手段により交流電源の電圧を算出するようにしたことを特徴とする制御装置を提供するものである。

上記のように構成した制御装置においては、マイクロコンピュータはスイッチング素子により入力されるオンまたはオフ信号の入力される時間を２で除した時間から交流のピークとなる時間を算出して、このピークとなる時間に交流電源の周波数と変圧器とに応じた所定の遅延時間を加算した時間となるタイミングで電圧検出回路により検出した直流電圧に基づき算出手段により交流電源の電圧を算出するようにしている。電圧検出回路により検出した直流電圧は制御装置に含まれる他の回路等の負荷に直流電流を供給する等の要因により周期的に脈動することがある。しかし、上記のタイミングで電圧検出回路により検出される直流電圧は、直流電圧の脈動によって変動したものでない。よって、算出手段により算出した交流電源の電圧は、直流電圧の脈動による影響を受けることなく正確な電圧とすることができる。

上記のように構成した制御装置において、上記のタイミングとなる時間は電圧検出回路により検出される直流電圧が周期的に脈動したときのピークとなる時間であるのが好ましく、このようにしたときには、脈動する直流電圧はピークとなった後にゆっくりと降下する傾向にあるので、マイクロコンピュータが種々の処理に時間を要して上記のタイミングから僅かに遅れた時間に電圧検出回路により検出した直流電圧に基づいて交流電源の電圧を算出しても、検出された直流電圧の脈動による変動を小さいものとすることができる。

本発明の制御装置の電気回路図である。 交流電源の交流電圧と、電圧検出回路にて検出される直流電圧と、トランジスタによるオンオフ信号を示すグラフであり、（ａ）はＤＣ１２Ｖ／０Ａ消費時であり、（ｂ）はＤＣ１２Ｖ／０．３Ａ消費時であり、（ｃ）はＤＣ１２Ｖ／１．０Ａ消費時であるときの各グラフである。 図２（ｃ）のグラフの一部拡大図である。 制御装置の低電圧検出プログラムを示すフローチャートである。

以下、本発明による制御装置の一実施形態を図面を用いて説明する。本発明に係る制御装置１０は、商用交流電源Ｐにより作動する製氷機、冷蔵庫等の電気機器に内蔵されてその作動を制御するものであり、商用交流電源Ｐの電圧を算出するようにしたものである。この制御装置１０は、商用交流電源Ｐにより作動する上記の電気機器の作動を制御するためのマイクロコンピュータ１１を備え、商用交流電源Ｐにより供給される交流を変圧器２１により降圧させ、この降圧させた交流を整流回路２２と平滑回路２３とにより整流させた直流によりマイクロコンピュータ１１が作動するものである。この制御装置１０は、整流回路２２と平滑回路２３とにより整流された直流電圧を検出してマイクロコンピュータ１１に出力する電圧検出回路３０と、電圧検出回路３０により検出された直流電圧Ｖａに基づきマイクロコンピュータ１１により商用交流電源Ｐの電圧を算出する算出手段を備えている。制御装置１０は変圧器２１の二次側の交流の電圧に応じてオンオフしてこのオンオフ信号をマイクロコンピュータ１１に出力するトランジスタ（スイッチング素子）４０をさらに備え、マイクロコンピュータ１１はトランジスタ４０により入力されるオンまたはオフ信号の入力される時間を２で除した時間から交流のピークとなる時間を算出して、このピークとなる時間に商用交流電源Ｐの周波数と変圧器２１とに応じた所定の遅延時間Ｄを加算した時間となるタイミングＴで電圧検出回路３０により検出した直流電圧Ｖａに基づき算出手段により商用交流電源Ｐの電圧を算出するようにしたものである。以下に、この制御装置１０を電気機器として製氷機に搭載したときの実施形態により詳述する。

本発明に係る制御装置を内蔵した製氷機は、圧縮機を備えた冷凍装置、給水弁、排水弁及び除氷用のヒータ等の作動機器を備えており、これら作動機器はリレーＡ１、Ａ２・・により駆動し、また、これらリレーＡ１、Ａ２・・は駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・により駆動するようになっている。

図１に示すように、制御装置１０は、上記の冷凍装置の圧縮機、給水弁、排水弁及び除氷用のヒータ等の作動機器の作動を制御するマイクロコンピュータ１１を備えている。また、制御装置１０は、商用交流電源の交流を直流にするための電源回路２０を備えている。電源回路２０は、変圧器２１と、整流回路２２と、平滑回路２３とを備えている。変圧器２１は、一時側から供給される例えば１００Ｖの商用交流電源Ｐを二次側で１１Ｖの交流に降圧させる。整流回路２２は、４つのダイオード２２ａよりなるダイオードブリッジであり、変圧器２１により降圧させた交流を全波整流して出力する。平滑回路２３は電解コンデンサ２３ａを備え、整流回路２２により全波整流させた脈流電圧を平滑化した直流電圧として出力する。また、平滑回路２３の出力側にはレギュレータ２４が接続されており、レギュレータ２４は平滑回路２３から出力される１２Ｖの直流電圧を５Ｖの直流電圧に降圧して出力する。また、電源回路２０には、１２Ｖの出力端子Ｏ１に上述したリレーＡ１、Ａ２・・が接続され、５Ｖの出力端子Ｏ２に駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・が接続されており、リレーＡ１、Ａ２・・及び駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・は、１２Ｖ及び５Ｖの直流電圧が印可されて作動するようになっている。

図１に示すように、制御装置１０は、出力端子Ｏ１に接続されて平滑回路２３の出力電圧を検出するための電圧検出回路３０を備えている。電圧検出回路３０は、２つの抵抗器３１，３２を直列接続させたものであり、分圧された電圧をマイクロコンピュータ１１に出力している。なお、この電圧検出回路３０は、平滑回路２３の出力電圧を１／５．３の電圧にしてマイクロコンピュータ１１に出力しており、マイクロコンピュータ１１に入力された電圧に５．３を乗じた値が平滑回路２３の出力電圧となっている。

図１に示すように、制御装置１０は、変圧器２１の二次側に接続されたトランジスタ（スイッチング素子）４０を備えている。トランジスタ４０は、変圧器２１の二次側の交流電圧Ｖ１を境にしてオンオフする。トランジスタ４０のコレクタには抵抗器４１が接続されており、変圧器２１の二次側の電圧が電圧Ｖ１より高いときにはトランジスタ４０がオン状態となってマイクロコンピュータ１１に０Ｖを出力し、変圧器２１の二次側の電圧が電圧Ｖ１より低いときにはトランジスタ４０がオフ状態となってマイクロコンピュータ１１に５Ｖを出力する。

マイクロコンピュータ１１は、電圧検出回路３０により検出された直流電圧Ｖａに基づき商用交流電源Ｐの電圧を算出する算出手段を備えている。商用交流電源Ｐの電圧は電圧検出回路３０により検出された直流電圧Ｖａと下式で示すような直線的な関係があり、商用交流電源Ｐの電圧は電圧検出回路３０により検出された直流電圧Ｖａを下式に導入することで算出される。
Ｙ＝０．１３９６Ｘ−１．４６３９
Ｙ：電圧検出回路３０により検出された直流電圧（Ｖ）
Ｘ：商用交流電源Ｐの電圧（％Ｖ）

ところで、電圧検出回路３０により検出される直流電圧Ｖａは、上述したリレーＡ１、Ａ２・・または駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・等の負荷が駆動していないときには、図２（ａ）に示すようにほぼ直線的となっている。しかし、これら負荷が駆動すると、電圧検出回路３０により検出される直流電圧Ｖａは、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように波形となるように周期的に脈動する。上記の算出手段により商用交流電源Ｐの電圧を算出するときに、電圧検出回路３０により任意のタイミングで検出した直流電圧Ｖａを用いると、検出したタイミングによって直流電圧Ｖａの大きさが異なることがあるので、商用交流電源Ｐの電圧を正確に算出できない。

そこで、マイクロコンピュータ１１は、以下において説明するように、脈動する直流電圧Ｖａのピークとなる時間に検出される直流電圧Ｖａに基づいて商用交流電源Ｐの電圧を算出するようにしている。マイクロコンピュータ１１は、トランジスタ４０のオンまたはオフ信号の入力される時間を２で除した時間から交流のピークとなる時間を算出して、このピークとなる時間に商用交流電源Ｐの周波数と変圧器２１とに応じた所定の遅延時間Ｄを加算した時間となるタイミングＴで電圧検出回路３０により検出した直流電圧Ｖａの値に基づき上記の算出手段により商用交流電源Ｐの電圧を算出する。

これを詳述すると、図３に示すように、変圧器２１の二次側の電圧の波形のピークとなるタイミングは、一次側と比べて僅かに遅れている。また、リレーＡ１、Ａ２・・や駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・等の負荷が電源回路２０からの供給電力により駆動すると、電圧検出回路３０により検出される直流電圧Ｖａは、制御装置１０の回路に含まれるコイル成分があることにより変圧器２１の電圧の波形のピークとなる時間よりさらに遅れた時間にピークとなる傾向がある（以下、電圧検出回路３０により検出される直流電圧Ｖａのピークが交流のピークより遅れる時間を遅延時間Ｄという）。この直流電圧Ｖａのピークとなる時間は、商用交流電源Ｐの周波数や変圧器２１により異なっており、この実施形態では商用交流電源Ｐの周波数が５０Ｈｚのときに１．２ｍＳであり、６０Ｈｚのときに１．０ｍＳとなっている。そこで、マイクロコンピュータ１１は、トランジスタ４０がオフ状態となって５Ｖの電圧が印加されている時間を２で除することで変圧器２１の二次側の電圧のピークとなる時間を算出し、交流のピークとなる時間に所定の遅延時間Ｄとして商用交流電源Ｐの周波数が６０Ｈｚであれば１．０ｍＳを加算した時間となるタイミングＴで電圧検出回路３０により検出した直流電圧Ｖａに基づき上記の算出手段により商用交流電源Ｐの電圧を算出するようにしている。

また、電圧検出回路３０により検出される直流電圧Ｖａは、上述したリレーＡ１、Ａ２・・または駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・等の負荷が駆動すると電圧降下が生じる。そこで、マイクロコンピュータ１１は、上述したリレーＡ１、Ａ２・・または駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・等の各負荷が駆動することで降下した電圧から降下する前の電圧に補正する補正手段を備えている。この補正手段は、上述したリレーＡ１、Ａ２・・または駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・等の各負荷が駆動するときの各負荷に規定された消費電流値の合計を算出し、この各負荷の合計消費電流値に、上記の算出手段により算出した補正前の商用交流電源Ｐの電圧Ｘ（％Ｖ）に１／１００を乗じた値を乗じることで、各負荷で実際に消費されたと考えられる合計消費電流値を算出する。この算出した各負荷の合計消費電流値から、図示しないメモリに記憶させた消費電流値と電圧降下量との関係を規定した電圧降下量変換データテーブルにより電圧降下前の直流電圧とするための補正値を導きだし、電圧検出回路３０により検出した直流電圧Ｖａにこの補正値を加算して補正後の直流電圧を算出する。マイクロコンピュータ１１は、この補正後の直流電圧に基づき上記の算出手段を用いて商用交流電源Ｐの電圧を算出する。

マイクロコンピュータ１１は、上述した算出手段を用いて算出した商用交流電源Ｐの電圧に基づいて、低電圧による異常を報知するための以下のプログラムを実行する。このプログラムは、主として製氷機の冷凍装置に搭載された圧縮機が商用交流電源の低電圧に起因するトラブルを防ぐようにするためのものである。

図４に示すように、マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０１において、上述した算出手段により算出した商用交流電源Ｐの電圧が低電圧閾値として８０％Ｖ以下であるか否かの判定をする。商用交流電源Ｐが８０％Ｖ以下でなければ、マイクロコンピュータ１１は「ＮＯ」の判定のもとでステップ１０１を繰り返し実行する。マイクロコンピュータ１１がステップ１０１の判定を繰り返し実行しているなかで、商用交流電源Ｐの電圧が８０％Ｖ以下となると、マイクロコンピュータ１１はステップ１０１において「ＹＥＳ」と判定してステップ１０２に進める。マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０２において低電圧異常検知用のタイマをリセットするとともに計時を開始してステップ１０３に進める。マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０３において、商用交流電源Ｐの低電圧異常が一時的に生じたか否かの判定をするために、商用交流電源Ｐの電圧が８０％Ｖ以下である状態から１秒以内に復帰したか否かの判定をし、タイマによる計時によって１秒以内に復帰していれば、商用交流電源Ｐの低電圧異常が一時的であることから「ＹＥＳ」の判定のもと再びステップ１０１に戻す。一方、商用交流電源Ｐの電圧が８０％Ｖ以下である状態から１秒以内に復帰していなければ低電圧異常となっているので、マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０３において、「ＮＯ」と判定してステップ１０４に進める。

マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０４において、カウンタに１を加算してメモリに記憶させてステップ１０５に進める。マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０５において、低電圧異常の状態が多発しているか否かの判定をし、低電圧異常の状態が多発していなくてカウンタが３以上となっていなければ、マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０５において、「ＮＯ」と判定してステップ１０６に進める。マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０６において、低電圧異常が発生したことを表示するとともに製氷機の製氷運転を停止させ、製氷機の製氷運転を自動復帰させるためにステップ１０７〜１１０における処理に進める。

マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０７においてタイマをリセットするととともに計時を開始してステップ１０８に進める。マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０８において、低電圧異常が回復しているか否かを判定するためにタイマによる計時が２分以上経過したか否かの判定をする。タイマによる計時が２分以上経過していなければ、マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０８において「ＮＯ」と判定してステップ１０９に進める。マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０９において、再び商用交流電源Ｐの電圧が８０％Ｖ以下であるか否かの判定をし、商用交流電源Ｐの電圧が８０％Ｖ以下でなければ「ＮＯ」と判定してステップ１０８に戻す。これに対し、商用交流電源Ｐの電圧が８０％Ｖ以下の状態となると、マイクロコンピュータ１１は、「ＹＥＳ」と判定してステップ１０７に戻し、タイマを再びリセットするとともに新たに計時を開始する。

マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０７〜１０９の処理を実行している間に、商用交流電源Ｐの電圧が８０％Ｖ以下である状態となることなく２分経過すれば、商用交流電源Ｐは低電圧異常であることが解消されているので、マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０８において「ＹＥＳ」と判定してステップ１１０に進める。マイクロコンピュータ１１は、ステップ１１０において、低電圧異常であることの表示をしないようにするとともに製氷機の製氷運転を再開させ、ステップ１０１に戻して再び低電圧異常であるか否かの判定をする。

また、マイクロコンピュータ１１は、ステップ１０１〜１１０の処理を繰り返し実行しているなかで、ステップ１０１において商用交流電源Ｐが低電圧異常の状態であると判定され、ステップ１０４において加算されたカウントが３以上となれば、ステップ１０５において、低電圧異常が多発しているために「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１１１において、低電圧異常が多発していることを表示するとともに製氷機の製氷運転を停止させる。

上記のように構成した制御装置１０においては、マイクロコンピュータ１１はトランジスタ４０により入力されるオンまたはオフ信号の入力される時間を２で除した時間から交流のピークとなる時間を算出して、このピークとなる時間に商用交流電源Ｐの周波数と変圧器２１とに応じた遅延時間Ｄとして１．０Ｓ（６０Ｈｚの場合）を加算した時間となるタイミングＴに電圧検出回路３０により検出した直流電圧Ｖａに基づき算出手段により商用交流電源Ｐの電圧を算出するようにしている。電圧検出回路３０により検出した直流電圧Ｖａは、電源回路２０からリレーＡ１、Ａ２・・または駆動回路Ｂ１、Ｂ２・・等の各負荷に直流電流を供給する等の要因により周期的に脈動する。しかし、上記のタイミングＴとなる時間に電圧検出回路３０により検出される直流電圧Ｖａは、周期的に脈動する直流電圧Ｖａのピークでの電圧であり、直流電圧Ｖａの脈動による影響を受けたものでない。よって、算出手段により算出した商用交流電源Ｐの電圧は、直流電圧Ｖａの脈動による影響を受けることなく正確な電圧として算出されるようになる。

また、マイクロコンピュータ１１は、電圧検出回路３０により検出される直流電圧を高速で連続的に解析処理することなく、上記のタイミングＴで電圧検出回路３０により検出した直流電圧Ｖａに基づいて商用交流電源Ｐの電圧を算出しているので、マイクロコンピュータ１１のプログラムの実行処理に過度の負担を与えないようにすることができる。

また、この制御装置１０は、電圧検知用のトランスを用いて商用交流電源Ｐの電圧を直接検出するようにしたものでないので、制御装置１０を大型化にすることなく商用交流電源Ｐの電圧を算出することができる。

また、このような制御装置１０において、周期的に脈動する直流電圧Ｖａは、平滑回路２３の電解コンデンサ２３ａの電荷容量を大きくすればその脈動の変化を抑えることができる。しかし、電荷容量を過剰に大きくした電解コンデンサ２３ａを用いると、コストが高くなるとともに制御装置１０が大型化する問題がある。本発明に係る制御装置１０であれば、平滑回路２３の電解コンデンサ２３ａの電荷容量を過剰に大きくすることなく、脈動したときのピークとなるタイミングの直流電圧Ｖａに基づいて商用交流電源Ｐの電圧を正確に算出することができるようになる。

上記のように構成した制御装置１０において、上記のタイミングＴとなる時間は電圧検出回路３０により検出される直流電圧Ｖａが周期的に脈動したときのピークとなる時間であり、図３に示すように脈動する直流電圧Ｖａはピークとなった後にゆっくりと降下する傾向にあるので、マイクロコンピュータ１１が種々の処理に時間を要して上記のタイミングＴから遅れた時間に電圧検出回路３０により直流電圧Ｖａを検出するようなときがあっても、検出される直流電圧Ｖａの変動を小さくすることができる。

本実施形態の制御装置１０は、上述したように直流電圧から商用交流電源Ｐの電圧を算出し、算出した電圧に基づき商用交流電源Ｐの低電圧による異常を報知するためのプログラムに用いているが、本発明はこのような低電圧による異常を報知するためのプログラムに用いるものに限られるものでなく、例えば、ギヤードモータが高電圧に起因したトラブルを防ぐようにするために、算出した商用交流電源Ｐの電圧を商用交流電源Ｐの高電圧による異常を報知するためのプログラムに用いるようにしてもよい。

１０…制御装置、１１…マイクロコンピュータ、２１…変圧器、２２…整流回路、２３…平滑回路、３０…電圧検出回路、４０…スイッチング素子（トランジスタ）、Ｐ…交流電源。

Claims (2)

1. 交流電源により作動する電気機器の作動を制御するためのマイクロコンピュータを備え、前記交流電源により供給される交流を変圧器により降圧させ、この降圧させた交流を整流回路と平滑回路とにより整流させた直流により前記マイクロコンピュータが作動する制御装置であって、
   前記制御装置は前記整流回路と前記平滑回路とにより整流された直流電圧を検出して前記マイクロコンピュータに出力する電圧検出回路と、前記電圧検出回路により検出された直流電圧に基づき前記マイクロコンピュータにより前記交流電源の電圧を算出する算出手段を備えた制御装置において、
   前記制御装置は前記変圧器の二次側の交流の電圧に応じてオンオフしてこのオンオフ信号を前記マイクロコンピュータに出力するスイッチング素子をさらに備え、前記マイクロコンピュータは前記スイッチング素子により入力されるオンまたはオフ信号の入力される時間を２で除した時間から前記交流のピークとなる時間を算出して、このピークとなる時間に前記交流電源の周波数と前記変圧器とに応じた所定の遅延時間を加算した時間となるタイミングで前記電圧検出回路により検出した直流電圧に基づき前記算出手段により前記交流電源の電圧を算出するようにしたことを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記タイミングとなる時間は前記電圧検出回路により検出される直流電圧が周期的に脈動したときのピークとなる時間であることを特徴をする制御装置。

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