JP6298504B2

JP6298504B2 - 冷蔵庫

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Publication number: JP6298504B2
Application number: JP2016157350A
Authority: JP
Inventors: 高麗雄森下
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: JP2016211848A

Description

本発明は、動作電圧が異なる負荷を備えた回路を有し、その回路での回路損失を減少させて低消費電力化を図るとともに、回路の簡素化に寄与する冷蔵庫に関するものである。

冷蔵庫には、各々所定の定格電圧が印加されることにより動作する複数の負荷、例えば、冷気を送風するファンの駆動用モータや、制御用のマイコン等が設けられ、それらの中には、定格電圧が異なるものがある。

従来の冷蔵庫では、出力電圧が一定の定電圧直流電源回路（以下、定電圧電源という）が設けられるとともに、この定電圧電源から各直流負荷への電源供給ラインに、電圧降下素子或いは電圧変換回路が設けられ、これにより各直流負荷に適切な電圧（定格電圧）が印加される。一般には、定電圧電源の出力電圧が、複数の直流負荷の定格電圧のうちの最大の電圧に設定され、これと定格電圧が異なる特定の直流負荷については、その特定の直流負荷ごとに電圧降下素子等が設けられることが多い。このように複数の電圧降下素子等を用いた場合、電圧降下素子等で熱損失などが原因の回路損失が発生し消費電力が大きくなる問題がある。

そのため、特許文献１では定格電圧の異なる直流負荷の同時動作を禁止して、電圧降下素子等による消費電力の増大防止を図っている。

特許第４４４６９４８号公報

特許文献１を用いても、マイコンなど常に動作が必要なものは別途の電源回路が必要であり、電圧降下素子等による回路損失は減少しない。また、電圧選択回路が必要となるため回路構成が複雑となるとう問題があった。

本発明は、上記課題を解決するため、回路損失を減少させて低消費電力化を図るとともに、回路の簡素化に寄与する冷蔵庫を提供することを目的とする。

本発明に係る冷蔵庫は、異なる動作電圧で動作する複数の直流負荷を備え、少なくともその中の一つの直流負荷が異なる電圧で動作する直流負荷であり、異なる電圧で動作する直流負荷に直流電圧を印加するものであって出力電圧が可変である可変直流電源回路と、可変直流電源回路の出力電圧を基に可変出力電圧の電圧以下の固定電圧を出力する固定電源回路と、固定電源回路の出力電圧により動作する少なくとも一つの直流負荷とを有する。

また、異なる電圧で動作する直流負荷が送風機であってもよい。

また、可変直流電源回路の出力する電圧として、送風機の低速動作時電圧以下の電圧を含んでいてもよい。

また、可変直流電源回路は、送風機の動作速度変更時に変更する動作電圧の間の中間電圧を出力し、その後に所望の動作電圧を出力してもよい。

また、直流負荷として庫内照明を備え、庫内照明が点灯時に送風機の動作を停止してもよい。

また、可変直流電源回路の出力電圧を基に可変出力電圧よりも高い固定電圧を出力する昇圧回路を備え、昇圧回路の出力電圧で動作する直流負荷を有していてもよい。

本発明の冷蔵庫によれば、異なる動作電圧で動作する複数の直流負荷を備え、少なくともその中の一つの直流負荷が異なる電圧で動作する直流負荷であっても回路損失を減少させて低消費電力化を図るとともに、回路の簡素化を図ることができる。

本発明に用いられる冷蔵庫の正面図である。本発明に用いられる冷蔵庫の断面図である。本発明の実施形態１の冷蔵庫のブロック回路図である。本発明の可変直流電圧制御回路２５の回路の一例を示す図である。本発明の実施形態２の可変直流電圧の制御を示す図である。本発明の実施形態３の可変直流電圧の制御を示す図である。本発明の実施形態４の冷蔵庫のブロック回路図である。本発明の実施形態４の可変直流電圧の制御を示す図である。本発明の実施形態５の冷蔵庫のブロック回路図である。

図１は、本発明に用いられる冷蔵庫の正面図である。

冷蔵庫１は、貯蔵室として冷蔵室２および冷凍室３を有している。各貯蔵室は用途に応じた温度に設定されており、冷蔵室２は例えば４度に設定され食品、飲料の貯蔵に用いられ、冷蔵室３は例えば−２０度に設定され氷、冷凍食品の貯蔵に用いられる。

図２は、図１に示した冷蔵庫の断面図である。

冷蔵室２と冷凍室３の前面には扉４、５がある。冷蔵室２の扉４の内側には飲料を貯蔵するための飲料棚６が設けられている。冷蔵室２内には、食品を置くための複数の棚７があり、下方に野菜を収納するための野菜収容庫８がある。野菜収容庫８は庫内で前後に動かすことができる。

また、冷蔵室２の側面の背面側には庫内照明９が設けられている。庫内照明９は、扉４が開いた際に点灯し、冷蔵室２内を照らし貯蔵物を見やすくする。庫内照明９は、複数のＬＥＤからなり、ＬＥＤは低温状態でも点灯し消費電力が低いため近年よく用いられている。

冷蔵庫１の背面には圧縮機１１が設けられ、冷却器１２、図示しない凝縮器、膨張器が接続され、これらの中をイソブタン等の冷媒が循環して冷凍サイクルを形成している。各貯蔵室の背後には冷気通路１０が設けられ、冷凍サイクルの低温側である冷却器１２と熱交換した空気が冷気通路１０を介して各貯蔵室に送られる。冷気通路１０内には、送風機１３が配置され、各貯蔵室へ冷気を送風している。ここでは、送風機１３には風量を可変
することができるＤＣファンが用いられている。送風機１３は複数設けられることがある。また、冷気通路１０内には図示しないダンパーを用いて冷気のコントロールをしてもよい。

以下、制御回路について図を用いて説明する。

＜実施形態１＞
図３は本発明の実施形態１の冷蔵庫のブロック回路図である。

図３に示すように、本実施形態１の冷蔵庫の制御回路２０は、商用電源と接続されるＡＣ電源２１を有し、ＡＣ電源２１より交流電圧が印加される。印加された交流電圧は整流回路２２により直流電圧に変換される。直流電圧は、可変直流電源回路４０であるスイッチング電源回路２３及び可変直流電圧制御回路２５により所望の電圧Ｖｏ１に変圧される。

一例として、商用電源が１００Ｖの交流の場合、整流回路２２により１００Ｖの直流電圧に変換される。１００Ｖでは一般の直流負荷では電圧が高すぎるため可変直流電源回路４０で直流１２Ｖに変圧される。

可変直流電源回路４０から出力された電圧Ｖｏ１は、直流負荷である送風機１３の電源電圧となる。送風機１３はＤＣファンモータ３０を有し、ＤＣファンモータ３０は駆動回路３１により動作する。送風機１３はＤＣファンモータ３０の回転数を変えることにより風量を変えることができる。ＤＣファンモータ３０の回転数は、電圧Ｖｏ１の電圧を変えることにより変更される。

固定電源回路である固定直流電圧回路２４は、可変直流電源回路４０からの出力電圧Ｖｏ１を制御マイコン２６の電源電圧である所望の電圧Ｖｏ２に変圧する。制御マイコン２６の定格電圧は５Ｖや３．３Ｖである。入力される電圧Ｖｏ１は可変電圧であるため、固定直流電圧回路２４としてはＤＣ／ＤＣコンバータや、出力電圧固定タイプのレギュレータを用いて一定の固定電圧を出力する。

制御マイコン２６は、冷蔵庫１の制御回路２０全体を制御するためのものである。制御マイコン２６は、圧縮機１０や送風機１２、図示しない温度を測定するサーミスタなどのセンサーと接続され、冷蔵庫１を制御している。

制御回路２７は、制御マイコン２６からの制御信号に基づき、可変直流電圧制御回路２５へ可変電圧制御信号２８を送り可変直流電圧制御回路２５を制御し、ＤＣファンモータ３０の回転数を変えることにより送風機１２の送風量を制御する。また、制御回路２７は、動作制御信号２９によりＤＣファンモータ３０のオン・オフの動作を制御する。これらの制御は、サーミスタなどの温度センサーにより冷蔵室２や冷凍室３の温度を測定し必要に応じて制御マイコン２６により行われる。

図4は、可変直流電源回路４０の一例を示す図である。

可変直流電源回路４０は、スイッチング電源回路２３及び可変直流電圧制御回路２５を有する。可変直流電圧制御回路２５は、制御マイコン２６の制御に基づきスイッチング電源回路２３に調整信号ＡＤＪをフィードバックし、スイッチング電源回路２３から出力される電圧Ｖｏ１の値を制御する。

スイッチング電源回路２３はスイッチング電源ＩＣとインダクタからなる。インダクタ
はスイッチングトランスを用いてもよい。本構成により、スイッチング電源回路２３での回路損失を減らすことができる。

可変直流電圧制御回路２５は、シャントレギュレータ（降圧レギュレータ）、抵抗Ｒ１からＲ５、コンデンサＣ１、選択スイッチＳＷ、及びスイッチング素子を有している。スイッチング素子は、フォトカプラやトランジスタを用いることができる。本回路では、抵抗Ｒ４、Ｒ５と、抵抗Ｒ１からＲ３の中から選択された抵抗との比により、シャントレギュレータの出力電圧が変更される。その結果は、スイッチング素子により、スイッチング電源回路２３のスイッチング電源ＩＣにフィードバックされる。そして、可変直流電源回路４０の出力電圧Ｖｏ１は所望の電圧に変更される。

抵抗Ｒ１からＲ３は制御回路２９からの可変電圧制御信号２８に基づき選択スイッチＳＷにより選択される。コンデンサＣ１は、可変直流電圧制御回路２５の動作安定性のために設けられている。

例えば、抵抗Ｒ１を選択した場合は電圧Ｖｏ１が送風機１３のＤＣファンモータ３０の定格電圧である１２ＶとなりＤＣファンモータ３０が高速回転状態、抵抗Ｒ２を選択した場合は電圧Ｖｏ１が９．７５ＶとなりＤＣファンモータ３０が中速回転状態、抵抗Ｒ３を選択した場合は電圧Ｖｏ１が７．５ＶとなりＤＣファンモータ３０が低速回転状態となるように抵抗値を設定する。これにより、送風機１３の送風量の制御が可能となる。なお、ここでは抵抗Ｒ１からＲ３を用いて３種類の回転数を実現できるようにしたが、これに限らない。また、固定抵抗Ｒ１からＲ３の代わりに可変抵抗を用いてもよい。

従来であれば、制御マイコン２６は他の直流負荷よりも定格電圧が低いため、別途の電源回路を設ける必要があった。その場合、冷蔵庫の制御回路２０全体として多くの電源回路を有することにより回路損失が多く発生してしまう。また、他の直流負荷と同じ電源回路を用いた場合でも、可変電圧で動作させる直流ファン３０とは同一の電源回路では動作させることができなかった。

しかし、本実施形態１では簡単な回路構成で異なる直流電圧を用いる直流負荷の定格電圧を得ることができる。特に、可変速度タイプのＤＣファンモータ３０を用いながら、制御マイコン２６のような低電圧で動作する直流負荷を用いても電圧ロス（回路損失）が少ない回路を得ることができるため非常に有用である。

＜実施形態２＞
本実施形態では、冷蔵庫１の制御回路２０は実施形態１のものを使用し、詳細な説明は省略する。本実施形態の制御回路２０では、可変直流電源回路４０から出力される電圧Ｖｏ１は変化する。

図５は本発明の実施形態２の可変直流電圧の制御を示す図である。

期間Ａは、冷蔵庫１の扉４、５が長い期間開いておらず安定運転状態であり送風機１３のＤＣファンモータ３０はオフ状態である。このときの電圧Ｖｏ１はＬｏｗレベルである。

期間Ｂでは、冷蔵庫１の扉４、５が開き冷蔵室２、冷凍室３の温度が上がった場合に、急速に冷やすため送風機１３の送風量が多くなっている。そのため、電圧Ｖｏ１はＤＣファンモータ３０を高速回転させるためにＤＣファンモータ３０の定格電圧であるＨｉｇｈレベルとなっている。Ｈｉｇｈレベルは例えば１２Ｖである。

期間Ｃは、冷蔵室２、冷凍室３の温度が下がり、ＤＣファンモータ３０の回転を低速回転として送風機１３の送風量を抑えた状態である。このときの電圧Ｖｏ１はＭｉｄレベルである。Ｍｉｄレベルは例えば７．５Ｖである。

期間Ｄでは、冷蔵室２、冷凍室３の温度が安定し、送風が必要ない状態である。そのため、再びＤＣファンモータ３０がオフ状態となっている。電圧Ｖｏ１はＬｏｗレベルである。

期間Ａや期間Ｄでの電圧Ｖｏ１の電圧はＬｏｗレベルとなっている。このＬｏｗレベルは、送風機１３のＤＣファンモータ３０の低速状態の電圧以下に設定する。好ましくは、レベル制御マイコン２６の動作電圧に設定するとよく、例えば５Ｖとする。このようにすれば、固定直流電圧回路２４での熱損失や、電圧の変換ロスによる回路損失を低減させることができる。

なお、固定直流電圧回路２４としてレギュレータを用いる場合は、レギュレータの出力電圧よりも入力電圧を高くする必要がある。レギュレータの入出力差は例えば１．５Ｖ程度であり、出力電圧に制御マイコン２６の動作電圧となるような入力電圧が必要となる。そのため、制御マイコン２６の定格電圧が５Ｖである場合、固定直流電圧回路２４の出力電圧Ｖｏ２を５Ｖとするため、固定直流電圧回路の入力電圧となる電圧Ｖｏ１のＬｏｗレベルは６．５Ｖとする。

以上のように、本実施形態では簡単な回路構成で異なる直流電圧を用いる直流負荷の定格電圧を得ることができ、固定直流電圧回路での回路損失を減少させることができる。

＜実施形態３＞
図６は本発明の実施形態３の可変直流電圧の制御を示す図である。

本実施形態では、冷蔵庫１の制御回路２０は実施形態１のものを使用し、詳細な説明は省略する。本実施形態の制御回路２０では、可変直流電源回路４０から出力される電圧Ｖｏ１は変化する。

電圧Ｖｏ１は、送風機１３のＤＣファンモータ３０の回転速度に合わせて変化する。電圧Ｖｏ１のＬｏｗレベルはＤＣファン３０の低速回転状態に対応した電圧であり、例えば７．５Ｖである。電圧Ｖｏ１のＨｉｇｈレベルはＤＣファンモータ３０の高速回転状態に対応した電圧であり、例えば１２Ｖである。

ＤＣファンモータ３０が低速回転から高速回転に変化するとき、可変直流電源回路４０は出力電圧Ｖｏ１を上昇させるが、瞬時に変化させるとＤＣファンモータ３０からの負荷が急に大きくなる。そのため、過電流が流れ、ヒューズなどの過電流保護回路や過負荷保護回路が動作する可能性がある。

また、ＤＣファンモータ３０が高速回転から低速回転に変化するとき、スイッチング電源回路２３は出力電圧Ｖｏ１を下降させるが、瞬時に変化させるとＤＣファンモータ３０からの負荷が急に小さくなり不安定な動きをすることがある。

そのため、図６に示すようにＤＣファンモータ３０が低速回転から高速回転に変化するタイミングＥ、高速回転から低速回転に変化するタイミングＦにおいて、電圧Ｖｏ１をＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの間の電圧であるＭｉｄレベルにし、ＤＣファンモータ３０の負荷の変化を緩やかにし、上記不具合が発生しないようにする。Ｍｉｄレベルは、例えば９．７５Ｖである。なお、Ｍｉｄレベルは、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの中央値で
ある必要はなく、変化を緩和できる程度の値であればよい。

なお、図４に示す可変直流電圧制御回路２５でＲ１からＲ３の代わりに可変抵抗を用いた場合、電圧Ｖｏ１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り替える際に可変抵抗を緩やかに変化させることにより、ＤＣファンモータ３０の負荷の急速な変化を防止することができ、本実施形態と同じ効果を得ることができる。

以上のように、本実施形態では簡単な回路構成で異なる直流電圧を用いる直流負荷の定格電圧を得ることができ、さらに回路の信頼性を向上させることができる。

＜実施形態４＞
図７は本発明の実施形態４の冷蔵庫のブロック回路図であり、図８は可変直流電圧の制御を示す図である。

実施形態１と同じ部分は同じ参照符号を振り説明を省略する。本実施形態では、冷蔵室２内の庫内照明９を構成する白色ＬＥＤ３２の動作について説明する。

庫内照明９を白色ＬＥＤ３２で構成する場合、複数の白色ＬＥＤ３２を使うのが一般的である。回路の単純化、各白色ＬＥＤ３２の明るさの均等化などのために白色ＬＥＤ３２を直列接続して駆動回路３２により駆動することがある。その場合、送風機１３のＤＣファンモータ３０の定格電圧である１２Ｖよりも高い電圧を必要とする場合がある。そのような場合の制御回路２０の動作について図７と図８を用いて説明する。

図８の期間Ａでは、ＤＣファンモータ３０および白色ＬＥＤ３２ともに動作しておらず電圧Ｖｏ１はＯＦＦレベルである。ＯＦＦレベルは制御マイコン２６の動作電圧である５Ｖなどである。図８の期間Ｂでは、ＤＣファンモータ３０が動作しており、電圧Ｖｏ１は１２ＶなどのＤＣファンモータの定格電圧であるＯＮレベルとなっている。

そして、白色ＬＥＤ３２を動作させるときは、まず制御マイコン２６は、ＤＣファンモータ３０の駆動回路３１に対し、制御信号２９としてオフ信号を送り、ＤＣファンモータ３０を停止させる。

次に、制御マイコン２６は可変直流電源回路４０の可変直流電圧制御回路２５に対し電圧を上昇させる制御を行う。可変直流電圧制御回路２５の説明は実施形態１で行ったため、ここでは省略する。その結果、スイッチング電源回路２３から出力される電圧Ｖｏ１の電圧が所望の電圧に変わる。例えば、庫内照明９として５つの白色ＬＥＤ３２を用いたとき、各白色ＬＥＤの動作電圧が３Ｖであれば電圧Ｖｏ１をＬＥＤ電圧として１５Ｖとする。

そして、制御マイコン２６は白色ＬＥＤ３２の駆動回路３３に対し、制御信号３４としてオン信号を送り白色ＬＥＤ３２を動作させる。この一連の動作が図８の期間ＢからＣの間で行われる。そして、期間Ｃで庫内照明９は点灯した状態となる。なお、消灯時は図８の期間ＣからＤの間に上記と逆の動作をさせればよい。

このように動作させれば、白色ＬＥＤ３２用の電圧として、ＤＣファンモータ３０の定格電圧よりも高い電圧を使った場合でも、白色ＬＥＤ３２用の電圧からＤＣファンモータ１２用の電圧に下降する必要がないため回路損失を減少させることができる。また、直列接続でＬＥＤを動作させることができるため、回路の単純化や各ＬＥＤの輝度ムラを減少させることができる。

庫内照明９は、冷蔵室２の扉４が開いた状態のときに動作するだけであり、かつ扉４が開いた状態で送風機１３を動作させても冷気が外へでるだけであるため、ＤＣファンモータ３０と白色ＬＥＤ３２を同時に動作しないようにしても問題ない。

なお、白色ＬＥＤ３２を並列接続させた場合などＤＣファンモータ３０の動作電圧以下で動作させる場合は上記のような処置は不要である。

以上のように、本実施形態では簡単な回路構成で異なる直流電圧を用いる直流負荷の定格電圧を得ることができ、さらに回路損失を防止することにより消費電力の低減を図ることができる。

＜実施形態５＞
図９は本発明の実施形態５の冷蔵庫のブロック回路図である。

実施形態１と同じ部分は同じ参照符号を振り説明を省略する。本実施形態では、冷蔵庫１内に高電圧低電流の直流負荷３５を備えた場合について説明する。

冷蔵庫１内に高電圧低電流負荷３５を備えることがある。このような場合、従来はＤＣファンモータ３０などを動作させるための電源以外にスイッチング電源回路を設けることがあった。あるいは、スイッチング電源回路は共通なものとし、そのスイッチング電源回路の出力電圧を高電圧低電流負荷３５に合わせ、電圧降下素子等を用いて電圧を下げてＤＣファンモータ３０などを動作させていた。しかし、このような場合は、熱損失などの回路損失が発生してしまう。

そこで、本実施形態では、高電圧低電流負荷３５を有する場合、スイッチング電源回路２３からの出力電圧Ｖｏ１をＤＣ／ＤＣコンバータなどの昇圧直流電圧回路３８を用いて動作させる。

制御マイコン２６は、高電圧低電流負荷３５の駆動回路３６に対し、オン・オフ制御信号３７を送り、高電圧低電流負荷３５制御する。昇圧直流電圧回路３８は変換効率による回路損失はあるが、低電流の負荷を駆動すればよいだけであるので熱損失などの他の回路損失は低減させることができるため、上述した従来技術よりも回路損失を低減させることができる。

なお、昇圧直流電圧回路３８でも回路損失が発生するため、常に動作させる必要はなく、昇圧直流電圧回路３８の前にスイッチング素子を設け、必要に応じて動作するようにしても良い。

以上のように、本実施形態では簡単な回路構成で異なる直流電圧を用いる直流負荷の定格電圧を得ることができ、回路損失を減少させることができる。

本発明は、複数の直流負荷を用いた制御回路に関し、特にＤＣファンモータなどの可変電圧の直流負荷を用いた制御回路を有する冷蔵庫に関する。

１冷蔵庫
２冷蔵室
３冷凍室
９庫内照明
１３送風機
２０制御回路
２３スイッチング電源回路
２４固定直流電圧回路（固定直流電源回路）
２５可変力流電圧制御回路
２６制御マイコン
２７制御回路
３０ＤＣファンモータ
３２白色ＬＥＤ
３５高電圧低電流負荷
３８昇圧直流電圧回路
４０可変直流電源回路

Claims

異なる動作電圧で動作する負荷を備え、前記負荷に電圧を印加するものであって出力電圧が可変である可変電圧電源回路と、
前記可変電圧電源回路の出力電圧を基に固定電圧を出力する固定電源回路と、
前記固定電源回路の出力電圧により動作する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、前記可変電圧電源回路の出力電圧を変更するときに、変更する電圧の間の中間電圧を出力し、その後に所望の出力電圧を出力することを特徴とする冷蔵庫。
前記制御回路は、前記負荷の駆動回路を制御して前記負荷をオフした後に、前記可変電圧電源回路の出力電圧を可変することを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
前記可変電圧電源回路の出力する電圧として、前記負荷の動作電圧の内で最も低い電圧以下の電圧を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷蔵庫。