JP6217384B2

JP6217384B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP6217384B2
Application number: JP2013266103A
Authority: JP
Inventors: 拓也沖田; 隆志久保; 池田　亮; 亮池田; 藤本　剛生; 剛生藤本; 央藤田; 章孝中島; 環宇趙
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: JP2015121372A

Description

本発明は、ガスファンヒータやガス給湯器などの燃焼装置に関し、特に、２つ以上の出力を有するスイッチング電源回路から燃料弁及びファンモータ駆動回路へ電源供給するものに関する。

下記の特許文献１に開示された給湯器用のスイッチング電源では、トランスの二次側にグラウンドを共通させて第１及び第２の電源出力部が設けられており、第２の電源出力部の出力電圧は、第１の電源出力部の出力電圧に加算電圧を積み上げることによって得られ、これにより低コスト且つ省スペースで２つの電源出力が得られるようになっている。また、第１及び第２の電源出力部の出力電圧を監視する多出力定電圧回路が設けられており、第１及び第２の電源出力部の出力電圧を安定化させるようにトランスの一次側への入力電流をフィードバック制御するように構成されている。

特開２００２−１１２５４７号公報

ところで、給湯器やファンヒータなどの燃焼装置においては、燃焼開始前に燃焼部の可燃性ガスを排出させることにより燃焼開始時における燃焼の安定性を向上させるためのプリパージ動作や、燃焼終了後に燃焼ガスを排出させるためのポストパージ動作を実施している。これらプリパージ動作中やポストパージ動作中は、燃焼用ファンモータのみが駆動されて燃料弁には駆動電力が供給されずに閉弁されている。燃焼用ファンモータと燃料弁はそれぞれの駆動回路からの駆動信号（駆動電力）によって駆動され、これら駆動回路はこの種の燃焼装置において最も消費電力の大きな機器の一つである。

上記従来のスイッチング電源の第１の電源出力部に駆動電圧が比較的小さい燃料弁駆動回路を接続し、第２の電源出力部に駆動電圧が比較的大きいファンモータ駆動回路を接続することによって、燃料弁駆動回路及びファンモータ駆動回路を適切な駆動電圧で動作させることが可能になる。

しかし、トランスの特性上、複数の出力コイルからの出力電圧は完全には比例せず、特に出力電流が小さい場合にクロスレギュレーションが悪化して複数の出力コイルからの出力電圧が不安定となることがある。すなわち、プリパージ動作中やポストパージ動作中には、第１の電源出力部からはマイコンなどの非常に低消費電力の負荷にのみ電源供給がなされ、第１の電源出力部に関連する出力コイルには殆ど電流が流れない状態となる一方、第２の電源出力部からファンモータに大電力が供給されるため、第１の電源出力部の出力電圧を安定化させようとするとファンモータへの電源供給が不足して、目標回転数までファンモータの回転数を上げることができず、適切なプリパージ動作及びポストパージ動作が実施できなくなる。その一方、第２の電源出力部の出力電圧を安定化させようとすると第１の電源出力部の出力電圧が過電圧状態となり、該第１の電源出力部の後段部品の耐電圧を向上させたり耐圧保護回路を設けたりする必要が生じてコスト向上の問題があるとともに、過電圧状態に起因する電力損失も大きくなり電力効率が低減するという問題もある。

そこで、プリパージ動作やポストパージ動作などを行う燃焼装置において、燃料弁を駆動させずに燃焼用ファンモータのみを駆動させる場合などに、燃料弁駆動回路に電源供給する電源出力部の出力電圧が過電圧状態となることなくファンモータ駆動回路に電源供給する電源出力部の出力電圧を安定化させることができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。

すなわち、本発明の燃焼装置は、燃料弁と、該燃料弁に駆動信号を出力する燃料弁駆動回路と、燃焼用ファンモータと、該燃焼用ファンモータに駆動信号を出力するファンモータ駆動回路と、前記燃料弁駆動回路及び前記ファンモータ駆動回路に制御信号を出力する主制御回路と、スイッチング電源回路とを備え、前記スイッチング電源回路は、入力コイル並びに一又は複数の出力コイルを有するトランスと、前記一又は複数の出力コイルに整流器を介して接続された第１及び第２の電源ラインと、前記入力コイルの入力電流を高周波スイッチングする発振回路と、第１の電源ラインの電圧に基づくフィードバック信号を前記発振回路に供給する電圧安定化回路と、前記第１の電源ラインからブリーダ電流が出力されるブリーダ抵抗と、前記ブリーダ電流のオン／オフをスイッチングするスイッチング素子とを備え、第１の電源ラインから前記燃料弁駆動回路に電源供給され、第２の電源ラインから前記ファンモータ駆動回路に電源供給されることを特徴とするものである（請求項１）。

かかる本発明の燃焼装置によれば、電圧安定化回路から発振回路に供給されるフィードバック信号に基づいて発振回路がスイッチングデューティを制御することにより第１の電源ラインの電圧は所定電圧に安定化させることができる。一方、スイッチング素子を駆動させるか否かによって第１の電源ラインからのブリーダ電流の出力をオン／オフできるので、燃料弁駆動回路の消費電力が殆どないがファンモータ駆動回路の消費電力が大きくなる場合などの第１の電源ラインに接続された負荷が軽負荷となる場合に、第１の電源ラインから出力されるブリーダ電流を大きくすることによりクロスレギュレーションを改善して、燃料弁駆動回路の電力消費が殆どなくとも第２の電源ラインの電圧を安定化させることができ、該第２の電源ラインから電源供給される燃焼用ファンモータを目標回転数で安定的に駆動させることが可能となる。

なお、上記本発明の燃焼装置において、入力コイルはトランスの一次側に設けられ、出力コイルは一般的にはトランスの二次側にのみ設けられるが、第１の電源ラインに電源出力する第１の出力コイルをトランスの二次側に設ける一方、第２の電源ラインに電源出力する第２の出力コイルをトランスの一次側に設けてもよい。また、トランスの二次側に設けた一つの出力コイルの異なる巻数位置から第１及び第２の電源ラインが引き出されたものであってもよい。また、第１の電源ラインから燃料弁駆動回路に供給される電力は、燃料弁駆動回路自体の動作電力であってもよく、燃料弁に駆動信号として供給される駆動電力であってもよく、これら回路動作電力及び燃料弁駆動電力の双方であってもよい。また、第２の電源ラインからファンモータ駆動回路に供給される電力は、ファンモータ駆動回路自体の動作電力であってもよく、ファンモータに駆動信号として供給される駆動電力であってもよく、これら回路動作電力及びファンモータ駆動電力の双方であってもよい。ファンモータ駆動電力は、トランスの入力コイルへ電源供給する一次側電源回路から電源供給することもでき、この場合、トランスの一次側に設けた第２の出力コイルに接続された第２の電源ラインからファンモータ駆動回路動作電力を供給することで、ファンモータ駆動回路への回路動作電力及びファンモータ駆動電力の電源供給源を一次側に集約させ、二次側に設けた第１の出力コイルに接続された第１の電源ラインから電源供給される負荷との間で電気的に絶縁させることができる。

上記本発明の燃焼装置において、前記主制御回路は、前記燃料弁を駆動させずに前記燃焼用ファンモータを駆動させる排気運転制御を実行可能に構成されるとともに、少なくとも前記排気運転制御の実行中に前記ブリーダ電流をオンするように前記スイッチング素子が前記主制御回路により制御されるものであってよい（請求項２）。これによれば、プリパージ動作やポストパージ動作などの排気運転制御中に主制御回路がブリーダ電流をオンするようにスイッチング素子を制御することでブリーダ電流が第１の電源ラインから出力されるため、第２の電源ラインの電圧が安定化されて燃焼用ファンモータが安定的に駆動され、適切な排気運転を確実に行えるようになる。なお、主制御回路は、排気運転制御の実行中にのみブリーダ電流をオン制御するように構成することが好ましいが、他の制御モード時にブリーダ電流をオンするものであっても構わない。

さらに、前記主制御回路は所定の待機運転制御を実行可能に構成されて該待機運転制御実行中に前記スイッチング電源回路に待機信号を出力し、前記電圧安定化回路は、前記待機信号の入力時に未入力時よりも第１の電源ラインの電圧を低くするように前記発振回路へのフィードバック信号を調整するように構成され、前記スイッチング電源回路は、前記待機信号の未入力時に前記ブリーダ電流をオンするが入力時に前記ブリーダ電流をオフするように前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路を備えるものとすることができる（請求項３）。これによれば、待機運転制御中の第１の電源ラインの出力電圧を低くすることにより待機省電力化を図ることができ、かかる待機省電力化のための待機信号に基づいてドライブ回路を介してブリーダ電流のオン／オフを主制御回路により制御することができ、回路構成の簡素化を図りつつもプリパージ動作やポストパージ動作時にファンモータ駆動回路へ供給される電力を安定化させることができる。

なお、待機運転制御は、例えば、ガスファンヒータの電源コンセントが接続されているが運転スイッチがオフ状態の場合の待機運転制御であって、より具体的には、運転スイッチの操作監視や、各種表示パネルへの表示などを行うための制御とすることができるが、本発明は特に待機運転制御の具体的内容を限定するものではない。

また、上記本発明の燃焼装置において、前記主制御回路は、前記燃料弁及び前記燃焼用ファンモータの双方を駆動させる通常燃焼制御を実行可能に構成されるとともに、該通常燃焼制御の実行中は前記ブリーダ電流をオフするように前記スイッチング素子を制御するものとすることができる（請求項４）。これによれば、通常燃焼制御中にブリーダ電流による無駄な電力消費を回避してさらなる省電力化を図ることができる。

また、上記本発明の燃焼装置において、前記スイッチング電源回路は、第１の電源ラインからの出力電流が所定の閾値未満になると前記ブリーダ電流をオンするように前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路を備えることができる（請求項５）。これによれば、第１の電源ラインに接続された電気負荷の消費電力が小さいために第１の電源ラインからの出力電流が所定の閾値未満になると、ドライブ回路によってスイッチング素子が駆動されてブリーダ電流がオンし、第２の電源ラインの電圧を安定化させることができる。一方、第１の電源ラインからの出力電流が所定の閾値以上の場合にはスイッチング手段をオフすることによってブリーダ抵抗における無駄な電力消費を無くすことができる。なお、かかる構成において、制御部が待機運転制御を実行している場合にブリーダ抵抗を第１の電源ラインから切り離すスイッチング回路を設けておくことが好ましい。また、ブリーダ電流のオンにより出力電流が所定の閾値以上となってスイッチング素子にチャタリングが発生することを防止するため、出力電流が所定の閾値以上か否かの判定にヒステリシスコンパレータを用いて、ブリーダ抵抗に流れる電流分が増加してもスイッチング素子がオフしないように構成することが好ましい。

また、上記本発明の燃焼装置において、前記燃焼用ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、前記主制御回路は、前記回転数検出手段による検出回転数が目標回転数となるように前記燃焼用ファンモータをフィードバック制御するとともに、該フィードバック制御によっても前記検出回転数が前記目標回転数にならないと判定した場合に前記ブリーダ電流をオンするように前記スイッチング素子を制御するものとすることができる（請求項６）。これによれば、第２の電源ラインの電圧が不安定となることに起因して燃焼用ファンモータの回転数が目標回転数にならない場合に、ブリーダ電流をオンさせて第１の電源ラインからの出力電流を増加させ、これにより第２の電源ラインの電圧の上昇を試みることによって、燃焼用ファンモータを目標回転数で回転させることが可能になるとともに、ブリーダ電流のオン／オフの判定を主制御回路における制御により行うので回路構成の簡素化が図られ、部品点数の削減やコスト低減を図ることができる。

また、上記本発明の燃焼装置において、前記スイッチング電源回路は、第２の電源ラインの電圧が所定の閾値未満になると前記ブリーダ電流をオンするように前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路を備えるものとすることができる（請求項７）。これによれば、第１の電源ラインの電圧は帰還制御回路によって安定化制御されているが、第１の電源ラインからの出力電流が微弱であることに起因して第２の電源ラインの電圧が低下した場合に、該第２の電源ラインの電圧を監視して所定閾値未満になるとドライブ回路によってスイッチング素子が駆動されてブリーダ電流がオンされ、これによりクロスレギュレーションが改善して第２の電源ラインの電圧を所期の設計電圧で安定化させることができる。

本発明の請求項１に係る燃焼装置によれば、電圧安定化回路から発振回路に供給されるフィードバック信号に基づいて発振回路がスイッチングデューティを制御することにより第１の電源ラインの電圧は所定電圧に安定化させることができる。一方、スイッチング素子を駆動させるか否かによって第１の電源ラインからのブリーダ電流の出力をオン／オフできるので、燃料弁駆動回路の消費電力が殆どないがファンモータ駆動回路の消費電力が大きくなる場合などの第１の電源ラインに接続された負荷が軽負荷となる場合に、第１の電源ラインから出力されるブリーダ電流を大きくすることによりクロスレギュレーションを改善して、燃料弁駆動回路の電力消費が殆どなくとも第２の電源ラインの電圧を安定化させることができ、該第２の電源ラインから電源供給される燃焼用ファンモータを目標回転数で安定的に駆動させることが可能となる。

本発明の請求項２に係る燃焼装置によれば、プリパージ動作やポストパージ動作などの排気運転制御中に主制御回路がブリーダ電流をオンするようにスイッチング素子を制御することでブリーダ電流が第１の電源ラインから出力されるため、第２の電源ラインの電圧が安定化されて燃焼用ファンモータが安定的に駆動され、適切な排気運転を確実に行えるようになる。

本発明の請求項３に係る燃焼装置によれば、待機運転制御中の第１の電源ラインの出力電圧を低くすることにより待機省電力化を図ることができ、かかる待機省電力化のための待機信号に基づいてドライブ回路を介してブリーダ電流のオン／オフを主制御回路により制御することができ、回路構成の簡素化を図りつつもプリパージ動作やポストパージ動作時にファンモータ駆動回路へ供給される電力を安定化させることができる。

本発明の請求項４に係る燃焼装置によれば、通常燃焼制御中にブリーダ電流による無駄な電力消費を回避してさらなる省電力化を図ることができる。

本発明の請求項５に係る燃焼装置によれば、第１の電源ラインに接続された電気負荷の消費電力が小さいために第１の電源ラインからの出力電流が所定の閾値未満になると、ドライブ回路によってスイッチング素子が駆動されてブリーダ電流がオンし、第２の電源ラインの電圧を安定化させることができる。一方、第１の電源ラインからの出力電流が所定の閾値以上の場合にはスイッチング手段をオフすることによってブリーダ抵抗における無駄な電力消費を無くすことができる。

本発明の請求項６に係る燃焼装置によれば、第２の電源ラインの電圧が不安定となることに起因して燃焼用ファンモータの回転数が目標回転数にならない場合に、ブリーダ電流をオンさせて第１の電源ラインからの出力電流を増加させ、これにより第２の電源ラインの電圧の上昇を試みることによって、燃焼用ファンモータを目標回転数で回転させることが可能になるとともに、ブリーダ電流のオン／オフの判定を主制御回路における制御により行うので回路構成の簡素化が図られ、部品点数の削減やコスト低減を図ることができる。

本発明の請求項７に係る燃焼装置によれば、第１の電源ラインの電圧は帰還制御回路によって安定化制御されているが、第１の電源ラインからの出力電流が微弱であることに起因して第２の電源ラインの電圧が低下した場合に、該第２の電源ラインの電圧を監視して所定閾値未満になるとドライブ回路によってスイッチング素子が駆動されてブリーダ電流がオンされ、これによりクロスレギュレーションが改善して第２の電源ラインの電圧を所期の設計電圧で安定化させることができる。

本発明の第１実施形態に係る燃焼装置の構造原理図である。同燃焼装置のスイッチング電源回路の概略回路図である。同燃焼装置の第２実施形態に係るスイッチング電源回路の概略回路図である。同燃焼装置の第３実施形態に係るスイッチング電源回路の概略回路図である。同燃焼装置の第４実施形態に係るスイッチング電源回路の概略回路図である。同燃焼装置の第５実施形態に係るスイッチング電源回路の概略回路図である。同燃焼装置の第６実施形態に係るスイッチング電源回路の概略回路図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃焼装置であるガスファンヒータ１の構造原理図を示しており、該ファンヒータ１は、筐体２内の燃焼空間内に配設されたガスバーナ３と、ガスバーナ３に燃料ガスを供給する燃料供給回路４と、ガスバーナ３に燃焼用空気を取り込むとともに燃焼ガスを排出させるための燃焼用ファン５と、燃料弁駆動回路６と、ファンモータ駆動回路７と、マイコンにより主構成される主制御回路８と、スイッチング電源回路９とを備えている。なお、バーナ３の上方には点火プラグ１０及び熱電対１１が配設されている。

燃料供給回路４は、燃料供給路を開閉する元ガス電磁弁４１と、燃料の流量調整を行うための反発磁力式圧力比例弁４２とを備えており、これら元ガス電磁弁４１並びに圧力比例弁４２は燃料弁駆動回路６によって駆動される。本実施形態では、これら元ガス電磁弁４１及び圧力比例弁４２のそれぞれが特許請求の範囲における燃料弁に相当する。燃料弁駆動回路１１は、主制御回路８から供給される制御信号に基づいて元ガス電磁弁４１及び圧力比例弁４２に駆動信号（駆動電力）を出力する。元ガス電磁弁４１及び圧力比例弁４２は、燃料弁駆動回路１１から駆動信号が供給されない場合には閉弁動作し、駆動信号が供給されることによって開弁動作する。なお、燃料弁駆動回路６は、適宜の制御ＩＣによって構成することができる。

燃焼用ファン５は、燃焼用ファンモータ５１の回転出力軸に取り付けられている。燃焼用ファンモータ５１はファンモータ駆動回路７からの駆動信号（駆動電力）の供給によって回転駆動される。ファンモータ駆動回路７は、主制御回路８から供給される制御信号に基づいてファンモータ５１の回転駆動を制御する。図示していないが、ファンモータ５１には回転数検出センサ（回転数検出手段）が設けられ、該センサの回転数検出信号が主制御回路８に入力されて、主制御回路８からの制御信号によって指示された目標回転数となるようにファンモータ駆動回路７は該制御信号に基づいてファンモータ５１へ出力する駆動信号をフィードバック制御するようになっている。なお、ファンモータ駆動回路７は、適宜のモータ制御ＩＣによって構成できる。

スイッチング電源回路９は、商用電力系統から交流電力を入力して所定電圧の直流電力を出力する絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータであり、主制御回路８に回路動作電力を供給するとともに、燃料弁駆動回路６には回路動作電力並びに燃料弁駆動電力を、ファンモータ駆動回路７には回路動作電力並びにファンモータ駆動電力を供給する。燃料弁駆動回路６に供給する回路動作電力と燃料弁駆動電力とは、同一の電源ラインによって供給してもよく、別の電源ラインで供給してもよいし、また、ファンモータ駆動回路７に供給する回路動作電力とファンモータ駆動電力も、同一の電源ラインによって供給してもよく、別の電源ラインで供給してもよい。例えば、ファンモータ駆動回路７及び燃料弁駆動回路６の回路動作電力及び元ガス電磁弁４１の駆動電力は１５Ｖ電源ライン（第１の電源ライン）から供給し、ファンモータ駆動電力及び圧力比例弁４２の駆動電力は２７Ｖ電源ライン（第２の電源ライン）から供給することができる。

図２は、スイッチング電源回路９の回路構成の一例としてフライバックコンバータにより構成したものを示しており、該電源回路９は、商用交流電力を整流して出力するダイオードブリッジなどからなる１次側電源回路１２と、該１次側電源回路１２の出力電圧を平滑化させる電解コンデンサからなる平滑回路１３と、１次側電源回路１２の出力を入力する１次側入力コイル１４ａを有するトランス１４と、入力コイル１４ａの入力電流を高周波スイッチングするスイッチング素子１５（図示例ではＦＥＴ）とを備えている。

トランス１４の１次側には、入力コイル１４ａとは別に帰還コイル１４ｂが設けられており、該帰還コイル１４ｂの出力電圧に応じてスイッチング素子１５が発振回路１６によって高周波スイッチングされるようになっている。発振回路１６は、自励発振回路、疑似共振式発振回路若しくはＰＷＭ制御発振回路など従来公知の適宜の構成であってよい。また、発振回路１６は、後述する電圧安定化回路１９が出力するアナログ信号からなるフィードバック信号に基づいてスイッチング素子１５のスイッチングデューティをフィードバック制御し、これにより第１の出力コイル１４ｃの出力電圧を所定電圧（例えば１５Ｖ）に制御する。

トランス１４の２次側には第１及び第２の出力コイル１４ｃ，１４ｄが設けられており、第１の出力コイル１４ｃの一端はグラウンドに接続され、該出力コイル１４ｃの他端に整流器Ｄ１を介して低圧出力用の直流１５Ｖ電源ライン（第１の電源ライン）が接続されている。また、第２の出力コイル１４ｄの一端は第１の出力コイル１４ｃの他端に直結され、第１の出力コイル１４ｃの出力電圧（１５Ｖ）に第２の出力コイルの出力電圧（１２Ｖ）を積み上げた電圧（２７Ｖ）が第２の出力コイル１４ｄの他端に出力されるようになっている。この第２の出力コイル１４ｄの他端には、整流器Ｄ２を介して高圧出力用の直流２７Ｖ電源ライン（第２の電源ライン）が接続されている。なお、１５Ｖ電源ラインには３端子レギュレータ１７（降圧回路）を介して５Ｖ電源ラインが接続され、該５Ｖ電源ラインに接続された負荷に対して１５Ｖ電源ラインから３端子レギュレータ１７を介して直流５Ｖの電力が供給される。また、２７Ｖ電源ラインにも３端子レギュレータ１８を介して２２Ｖ電源ラインが接続され、該２２Ｖ電源ラインに接続された負荷に対しては２７Ｖ電源ラインから３端子レギュレータ１８を介して直流２２Ｖの電力が供給される。各電源ラインには電解コンデンサＣ１〜Ｃ４からなる平滑回路が設けられている。

また、スイッチング電源回路９は、１５Ｖ電源ラインの電圧を１５Ｖで安定化させるように１５Ｖ電源ラインの電圧に基づくフィードバック信号を発振回路１６に出力する電圧安定化回路１９を備えている。図示例の電圧安定化回路１９では、１５Ｖ電源ラインの電圧が分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２によって（後述する場合には、Ｒ３によっても）分圧されてシャントレギュレータ２０の比較端子に与えられ、シャントレギュレータ２０内の参照電圧と比較される。比較端子の電圧が参照電圧よりも高くなるとシャントレギュレータ２０内の抵抗値が低下し、フォトカプラ２１の発光ダイオードに流れる電流が増加してフォトカプラ２１内のトランジスタの抵抗値が減少し、該抵抗値に応じたアナログ信号がフィードバック信号として発信回路１６に供給される。そして、発振回路１６が、フォトカプラ２１内のトランジスタの抵抗値の減少に応じてスイッチング素子１５に出力するオンパルス幅を狭くすることにより、第１の出力コイル１４ｃの出力電圧が低下する。

一方、シャントレギュレータ２０の比較端子の電圧が参照電圧よりも低くなると、シャントレギュレータ２０の抵抗値が上昇し、フォトカプラ２１の発光ダイオードを流れる電流が減少し、該発光ダイオードと光結合されているトランジスタの抵抗値が上昇し、該トランジスタの抵抗値の上昇に応じて発振回路１６がスイッチング素子１５に出力するオンパルス幅を広くすることにより第１の出力コイル１４ｃの出力電圧が上昇する。これにより、第１の出力コイル１４ｃの出力電圧、すなわち１５Ｖ電源ラインの電圧が一定に保たれるようになっている。

また、スイッチング電源回路９は、主制御回路が待機運転制御中に待機信号出力ポートＯ１から出力する待機信号に基づいて１５Ｖ電源ラインの電圧を降圧させる省電力回路２１を備えている。この省電力回路２１は、待機信号（Ｈｉｇｈ信号）の入力時にシャントレギュレータ２０の比較端子間の分圧抵抗Ｒ２に直接に接続された加算抵抗Ｒ３を追加し、これにより比較端子の電圧を上昇させて、発振回路１６に供給されるフィードバック信号が、第１の出力コイル１４ｃの出力電圧が例えば８Ｖとなるように調整されるように構成されている。一方、主制御回路の待機信号出力ポートＯ１がオープンになると、加算抵抗Ｒ３に並列に設けられたバイパス回路のＦＥＴ２２（スイッチング素子）がオンして加算抵抗Ｒ３が無効となり、第１の出力コイル１４ｃの出力電圧が１５Ｖとなるように上記フィードバック信号が調整される。なお、ＦＥＴ２２をオンさせる駆動電圧は、１５Ｖ電源ラインからＦＥＴ２２のゲートに供給されている。

さらに、本実施形態のスイッチング電源回路９は、１５Ｖ電源ラインに接続されたブリーダ抵抗２３と、１５Ｖ電源ラインからブリーダ抵抗２３に流れる電流のオン／オフをスイッチングするＦＥＴからなるブリーダ電流スイッチング素子２４とを備えている。該スイッチング素子２４は上記省電力回路２１のＦＥＴ２２の駆動電圧によって駆動されるように該スイッチング素子２４のドライブ回路が構成されている。すなわち、本実施形態ではブリーダ電流スイッチング素子２４のドライブ回路は上記省電力回路２１におけるＦＥＴ２２のドライブ回路と共用となされており、待機信号の入力時にはブリーダ電流スイッチング素子２４はオフしてブリーダ抵抗２２の一端がオープンとなり、これによりブリーダ抵抗２３を流れる電流が無くなる。一方、待機信号の未入力時にはブリーダ電流スイッチング素子２４がオンしてブリーダ抵抗２３がグラウンドに短絡され、１５Ｖ電源ラインからブリーダ抵抗２３を介して電流が流れるようになる。なお、ブリーダ電流スイッチング素子２４のドライブ回路を、ＦＥＴ２２のドライブ回路とは別に設けても良い。

上記主制御回路８は、運転制御モードとして、燃料弁４１，４２及び燃焼用ファンモータ５１の双方を駆動させる通常燃焼制御と、燃料弁４１，４２を駆動させずに燃焼用ファンモータ５１を駆動させる排気運転制御と、上記待機運転制御とを切替えて実行可能に構成されている。待機運転制御は、運転スイッチオフ時の制御モードであり、主として主制御回路８のみが動作して表示パネルへの表示制御や運転スイッチの操作の監視などを行う。運転スイッチが操作されると、主制御回路８はまず所定時間の排気運転制御を実行することによってプリパージを行い、その後通常燃焼制御を開始する。通常燃焼制御中に運転停止操作がなされるか、或いは、所定のエラー状態が生じると、所定時間の排気運転制御を実行することによりポストパージを行い、その後燃焼用ファンモータ５１も停止させて待機運転制御を行うようになっている。

したがって、上記第１実施形態に係るガスファンヒータ１によれば、待機運転制御中は主制御回路８からスイッチング電源回路９に出力される待機信号によって第１及び第２の電源ラインの電圧が主制御回路８の動作に必要十分な程度にまで降圧され、これにより省電力化が図られるとともに、上記待機信号によってブリーダ抵抗２３を流れるブリーダ電流もオフされるため、ブリーダ抵抗２３を第１の電源ライン（１５Ｖ電源ライン）に設けたものでありながら待機運転制御中の消費電力を抑えることができる。

一方、排気運転制御時は、スイッチング素子２４がオンしてブリーダ抵抗２３にブリーダ電流が流れるため、第１の電源ラインに接続された負荷の消費電力が殆どない場合でもブリーダ電流以上の電流出力が確保され、これによりクロスレギュレーションを改善して第２の電源ライン（２７Ｖ電源ライン）への出力電圧を安定化させ、第２の電源ラインから燃焼用ファンモータ５１に大電流が流れる場合でも当該第２の電源ラインの電圧が安定し、ファンモータ５１を目標回転数で駆動させることが可能となる。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源回路９を示しており、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。

本実施形態では、ブリーダ電流スイッチング素子２４のドライブ回路２５が省電力回路２１とは別に設けられており、主制御回路８の待機信号出力ポートＯ１とは別のブリーダ電流制御信号出力ポートＯ２からのブリーダ電流制御信号によってブリーダ電流スイッチング素子２４がオン／オフ制御されるように構成されている。本実施形態では、排気運転制御時にのみ主制御回路８がブリーダ電流制御信号をドライブ回路２５に出力しないように構成することができる。より詳細には、ブリーダ電流制御信号出力ポートＯ２は、排気運転制御時にのみオープン出力とされ、排気運転制御時以外はＨＩＧＨ信号がブリーダ電流制御信号として出力される。一方、ドライブ回路２５は、上記ブリーダ電流制御信号の入力時はスイッチング素子２４をオフしてブリーダ電流が流れないようになり、ブリーダ電流制御信号の非入力時（出力ポートＯ２のオープン時）にスイッチング素子２４をオンしてブリーダ電流が１５Ｖ電源ラインから供給されるようになっている。

本実施形態によれば、燃焼用ファンモータ５１や燃料弁４１，４２の駆動状態を主制御回路８のマイコンにより判断して、必要に応じてブリーダ電流のオン／オフを切替えることによって、トランスの各出力コイル１４ｃ，１４ｄ間のクロスレギュレーションを良好に維持して、燃焼用ファンモータ５１を動作させるための電圧が不安定となることを回避することができるとともに、通常燃焼制御時にブリーダ電流が浪費されることを防止し、通常燃焼制御時の省電力化を図ることができる。

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態に係るスイッチング電源回路９を示しており、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。

本実施形態では、ブリーダ電流スイッチング素子２４はトランジスタにより構成され、該スイッチング素子２４の制御を主制御回路８によって行うのではなく、１５Ｖ電源ラインから出力される出力電流に基づいてスイッチング素子２４を自律制御するドライブ回路２６がスイッチング電源回路９に具備されている。該ドライブ回路２６は、１５Ｖ電源ラインとその平滑回路Ｃ１との間に設けた電流検出抵抗Ｒ４と、該電流検出抵抗Ｒ４の両端電圧を比較するコンパレータ２７とを備え、該コンパレータ２７の出力がブリーダ電流スイッチング素子２４のベースに入力され、コンパレータ２７がＨＩＧＨ出力時にスイッチング素子２４がオンしてブリーダ抵抗２３にブリーダ電流が流れ、コンパレータ２７がＬＯＷ出力時にスイッチング素子２４がオフしてブリーダ電流が流れないようになっている。

１５Ｖ電源ラインに接続された負荷の消費電力が殆どなく、これによりトランス１４のクロスレギュレーションが悪化して２７Ｖ電源ラインの電圧が確保できない場合に、燃焼用ファンモータ７を目標回転数で回転駆動させるための２７Ｖ電源ラインの電圧を確保するに必要十分な電流が電流検出抵抗Ｒ４を流れるように該抵抗値が設定されている。

したがって、本実施形態によれば、１５Ｖ電源ラインに接続された負荷が軽負荷の場合には、電流検出抵抗Ｒ４を流れる電流は殆どなく、該抵抗Ｒ４の両端の電位差も殆ど無いため、コンパレータ２７の正負入力端子間の電位差も生じず、これによりコンパレータ２７がＨＩＧＨ出力となってブリーダ電流が１５Ｖ電源ラインから出力され、これによりファンモータ７の駆動に必要な２７Ｖ電源ラインの電圧が安定的に維持されるようになる。

一方、１５Ｖ電源ラインに接続された燃料弁４１，４２が駆動される場合には電流検出抵抗Ｒ４に相応の電流が流れ、該抵抗Ｒ４の両端に電位差が生じ、コンパレータ２７の正入力端子電圧が負入力端子電圧より低くなるため、該コンパレータ２７はＬＯＷ出力となってブリーダ抵抗スイッチング素子２４がオフし、ブリーダ電流が流れなくなる。

〔第４実施形態〕
図５は本発明の第４実施形態に係るスイッチング電源回路９を示しており、上記第２実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。

本実施形態では、ブリーダ電流スイッチング素子２４はバイポーラトランジスタからなり、主制御回路８のブリーダ電流制御信号出力ポートＯ２からＨＩＧＨ信号が制御信号として出力されるときにスイッチング素子２４がオン制御されてブリーダ電流が１５Ｖ電源ラインから出力され、出力ポートＯ２がオープン出力になるとスイッチング素子２４がオフ制御されてブリーダ電流が流れないようになっている。

また、主制御回路８は、通常燃焼制御時及び排気運転制御時に、目標回転数に応じた制御信号Ｖｓｐをファンモータ駆動回路７に出力し、ファンモータ駆動回路７は、制御信号Ｖｓｐに基づいて燃焼用ファンモータ５１を回転駆動させる。一方、ファンモータ駆動回路７は、ホール素子出力信号や回生信号等の従来公知の適宜の手段によってファンモータ５１の回転数を検出する回転数検出手段を備えており、検出された回転数情報が監視信号Ｆｎとして主制御回路８にフィードバックされている。主制御回路８は、上記監視信号Ｆｎに基づいて制御信号Ｖｓｐを補正することによってファンモータ５１の実回転数が目標回転数となるようにフィードバック制御する。

また、主制御回路８は、ファンモータ５１の回転数低下を検出した時点や駆動開始時点などの所定の起点から所定時間経過してもファンモータ５１の検出回転数が目標回転数範囲内とならないか否かを判定する判定プログラムなどからなる判定手段を備えており、該判定手段が上記フィードバック制御によっても検出回転数が目標回転数範囲内にならないと判定したときに、ブリーダ電流制御信号出力ポートＯ２からＨＩＧＨ信号を出力して、ブリーダ電流が１５Ｖ電源ラインから出力されるようにしている。なお、一旦ブリーダ電流制御信号が出力された後は、ファンモータ５１の停止制御がなされるまでブリーダ電流を継続して出力するようにしてもよく、また、所定時間のブリーダ電流の出力後にブリーダ電流制御信号をリセットしてブリーダ電流をオフしてもよく、その他適宜の条件によってブリーダ電流をオフさせることができる。

本実施形態のスイッチング電源回路９によれば、トランス１４の二次側に複数の出力コイル１４ｃ，１４ｄを有するガスファンヒータのスイッチング電源装置９において、プリパージ或いはポストパージ動作時に、主制御回路８がファンモータ５１の検出回転数の低下を検出した時点から所定時間の間ファンモータ制御信号Ｖｓｐを調整してもファンモータ５１の検出回転数が目標回転数範囲に復帰しない場合に、ブリーダ電流制御信号をスイッチング素子２４に出力してブリーダ抵抗２３に１５Ｖ電源ラインからブリーダ電流を流すことにより該１５Ｖ電源ラインの負荷電流を増加させ、これによりトランス１４のクロスレギュレーションを改善して、ファンモータ５１に駆動電力を供給する２７Ｖ電源ラインの電圧を安定化させることができる。

なお、ブリーダ電流をオンさせた後も、上記監視信号に基づく制御信号Ｖｓｐのフィードバック制御を継続させることが好ましい。また、ブリーダ電流をオンさせた時点から所定時間経過してもファンモータ５１の検出回転数が目標回転数範囲に復帰しない場合には、エラー報知してその時点の制御モードの実行を停止させることが好ましい。

〔第５実施形態〕
図６は本発明の第５実施形態に係るスイッチング電源回路９を示しており、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。

本実施形態に係る電源回路９は、ガス給湯器などの燃焼装置に好適に用いることができるものであって、トランス１４の二次側のみならず一次側にも燃焼装置を構成する各種電気負荷に電源供給するための直流電源ラインが設けられたものである。すなわち、一次側電源回路１２の１４０Ｖ出力には降圧コンバータ３０が接続され、該降圧コンバータ３０によって一次側電源回路１２の出力が４０Ｖなどの所定電圧に降圧されて４０Ｖ電源ライン（第２の電源ライン）に出力され、該４０Ｖ電源ラインから例えばファンモータ駆動回路などにファンモータ駆動電力として供給される。なお、上記降圧コンバータ３０も主制御回路８によって動作制御される。

また、トランス１４の一次側には、上記入力コイル１４ａ及び帰還コイル１４ｂに加えて第３の出力コイル１４ｅ（一次側出力コイル）が設けられており、該第３の出力コイル１４ｅの一端はグラウンドに接続され、他端から２０Ｖの出力電圧が取り出されている。この第３の出力コイル１４ｅの出力は、整流器Ｄ３によって整流され平滑回路Ｃ５によって平滑された後、３端子レギュレータ３１によって降圧されて一次側１５Ｖ電源ラインに出力されている。この一次側１５Ｖ電源ラインの電圧は平滑回路Ｃ６によって平滑化され、上記４０Ｖ電源ラインから駆動電力が供給される駆動回路ＩＣに、そのＩＣ動作用電力を一次側１５Ｖ電源ラインから供給することができ、具体的には、ファンモータ駆動回路を構成する制御ＩＣのＶｃｃ電圧端子などに電源供給することができる。また、一次側１５Ｖ電源ラインには追い焚きポンプや上記降圧コンバータ３０などの商用電力から絶縁不要となる適宜の機器を接続して電源を供給することができる。

なお、トランス１４の二次側には単一の出力コイル１４ｃが設けられ１５Ｖ出力のみが引き出されて二次側１５Ｖ電源ライン（第１の電源ライン）に接続されている。この二次側１５Ｖ電源ラインは、上記一次側１５Ｖ電源ラインから電気的に絶縁されており、該二次側１５Ｖ電源ラインに、燃料弁駆動回路、主制御回路、ステッピングモータ、リモコンなどの負荷を接続することができる。

本実施形態の回路構成においても、二次側１５Ｖ電源ラインに接続された負荷が軽負荷時にクロスレギュレーションが悪化して、一次側の第３の出力コイル３ｅの出力電圧が低下し、一次側１５Ｖ電源ラインに接続した負荷の動作に支障をきたす場合がある。そのため、本実施形態では、第３の出力コイル３ｅの出力巻線電圧が所定の閾値以上であるか否かを監視する監視回路３２と、第３の出力コイル３ｅの出力巻線電圧が所定の閾値未満になると二次側１５Ｖ電源ラインからブリーダ抵抗２３に流れるブリーダ電流をオンするようにブリーダ電流スイッチング素子２４を駆動するドライブ回路３３と、監視回路３２とドライブ回路３３とを電気的に絶縁しつつ監視回路３２からドライブ回路３３に信号伝達を行うフォトカプラ３６とを設けている。

上記監視回路３２は、上記出力巻線電圧に対して逆バイアスとなるように接続されたツェナーダイオード３４と、該ツェナーダイオード３４に直列に接続された負荷抵抗３５とにより主構成されており、フォトカプラ３６の入力側が負荷抵抗３５に並列に接続されている。出力巻線電圧が所定の閾値以上であるときにはツェナーダイオード３４が降伏電圧を超えて出力巻線電圧を定電圧に維持しつつフォトカプラ３６を導通させるように負荷抵抗３５の抵抗値などが設定されており、出力巻線電圧が所定の閾値未満になるとフォトカプラ３６が導通しなくなる。

一方、ドライブ回路３３にはフォトカプラ３６の出力側が接続されており、フォトカプラ３６が導通しているときはブリーダ電流スイッチング素子２４がオフとなり、二次側１５Ｖ電源ラインからブリーダ電流が出力されず、一方、フォトカプラ３６が導通しなくなるとブリーダ電流スイッチング素子２４がオンして、二次側１５Ｖ電源ラインからブリーダ電流が出力されるように回路構成されている。

本実施形態によれば、二次側１５Ｖ電源ラインに接続された負荷が軽負荷時に、一次側から電源供給が行われるファンモータや追い焚きポンプなどを駆動させた場合でも、一次側の出力コイル１４ｅの出力巻線電圧が一次側１５Ｖ電源ラインの電圧維持に必要な所定の閾値未満まで落ちると、通常時は導通しているフォトカプラ３６が導通しなくなり、これによりブリーダ電流スイッチング素子２４をオンして二次側１５Ｖ電源ラインからブリーダ電流を出力してトランス１４のクロスレギュレーションを改善し、一次側の出力巻線電圧を所定の電圧に維持することができる。一方、給湯器の通常の燃焼制御時など、二次側の出力電流が十分に大きい場合にはフォトカプラ３６を導通させることによって上記ブリーダ電流が出力されないようにすることで、消費電力の低減を図ることができる。また、トランス１４の各コイルの巻数を大きくすることなくクロスレギュレーションを改善でき、フォトカプラ３６等における電力損失の増大や放熱板の大型化などの問題を回避することができる。

なお、上記監視回路３２は上記の構成に限定されるものではなく、例えば図７に示す第６実施形態のように、ツェナーダイオードに代えてシャントレギュレータ３７を用いて回路構成することにより、制御する電圧精度を向上することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、ブリーダ抵抗は、１５Ｖ電源ラインの後段に設けた５Ｖ電源ラインに接続することもでき、この場合でも、ブリーダ抵抗に流れるブリーダ電流は１５Ｖ電源ラインから３端子レギュレータを介して供給されるため、トランスの複数の出力コイル間のクロスレギュレーションの改善に有効である。

１燃焼装置
４燃料供給回路
４１元ガス電磁弁（燃料弁）
４２圧力比例弁（燃料弁）
５１ファンモータ
６燃料弁駆動回路
７ファンモータ駆動回路
８主制御回路
９スイッチング電源回路
１４トランス
１４ａ入力コイル
１４ｂ帰還コイル
１４ｃ第１の出力コイル
１４ｄ第２の出力コイル
１６発振回路
１９電圧安定化回路
２３ブリーダ抵抗
２４ブリーダ電流スイッチング素子
２６ドライブ回路
３３ドライブ回路

Claims

燃料弁と、該燃料弁に駆動信号を出力する燃料弁駆動回路と、燃焼用ファンモータと、該燃焼用ファンモータに駆動信号を出力するファンモータ駆動回路と、前記燃料弁駆動回路及び前記ファンモータ駆動回路に制御信号を出力する主制御回路と、スイッチング電源回路とを備え、前記スイッチング電源回路は、入力コイル並びに一又は複数の出力コイルを有するトランスと、前記一又は複数の出力コイルに整流器を介して接続された第１及び第２の電源ラインと、前記入力コイルの入力電流を高周波スイッチングする発振回路と、第１の電源ラインの電圧に基づくフィードバック信号を前記発振回路に供給する電圧安定化回路と、前記第１の電源ラインからブリーダ電流が出力されるブリーダ抵抗と、前記ブリーダ電流のオン／オフをスイッチングするスイッチング素子とを備え、第１の電源ラインから前記燃料弁駆動回路に電源供給され、第２の電源ラインから前記ファンモータ駆動回路に電源供給されることを特徴とする燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、前記主制御回路は、前記燃料弁を駆動させずに前記燃焼用ファンモータを駆動させる排気運転制御を実行可能に構成されるとともに、少なくとも前記排気運転制御の実行中に前記ブリーダ電流をオンするように前記スイッチング素子が前記主制御回路により制御されることを特徴とする燃焼装置。
請求項１又は２に記載の燃焼装置において、前記主制御回路は所定の待機運転制御を実行可能に構成されて該待機運転制御実行中に前記スイッチング電源回路に待機信号を出力し、前記電圧安定化回路は、前記待機信号の入力時に未入力時よりも第１の電源ラインの電圧を低くするように前記発振回路へのフィードバック信号を調整するように構成され、前記スイッチング電源回路は、前記待機信号の未入力時に前記ブリーダ電流をオンするが入力時に前記ブリーダ電流をオフするように前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路を備えることを特徴とする燃焼装置。
請求項１又は２に記載の燃焼装置において、前記主制御回路は、前記燃料弁及び前記燃焼用ファンモータの双方を駆動させる通常燃焼制御を実行可能に構成されるとともに、該通常燃焼制御の実行中は前記ブリーダ電流をオフするように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、前記スイッチング電源回路は、第１の電源ラインからの出力電流が所定の閾値未満になると前記ブリーダ電流をオンするように前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路を備えることを特徴とする燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、前記燃焼用ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、前記主制御回路は、前記回転数検出手段による検出回転数が目標回転数となるように前記燃焼用ファンモータをフィードバック制御するとともに、該フィードバック制御によっても前記検出回転数が前記目標回転数にならないと判定した場合に前記ブリーダ電流をオンするように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、前記スイッチング電源回路は、第２の電源ラインの電圧が所定の閾値未満になると前記ブリーダ電流をオンするように前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路を備えることを特徴とする燃焼装置。