JP6699394B2

JP6699394B2 - 制御装置

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Publication number: JP6699394B2
Application number: JP2016125360A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎守安
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: JP2017227589A

Description

本発明は、複数のアナログセンサが出力する複数のアナログ信号に基づいて所定の制御を行う制御装置に関する。

本願出願人は、下記の特許文献１に、給湯装置に備えられた給湯運転制御用の複数のサーミスタ（アナログセンサ）の検出回路の絶縁異常（複数のサーミスタ間の短絡故障）を検知可能な異常検出装置を開示している。

この従来の異常検出装置では、電源電圧を抵抗素子とサーミスタとによって分圧した電圧を伝送線（検出電圧を伝送する電路）を介してマイコン（処理部）のアナログ信号入力ポートに入力させるように回路構成するとともに、上記伝送線をグラウンドに導通させるか否かを切り替えるスイッチング素子を設けて、伝送線をグラウンドに導通させたときのマイコンのアナログ信号入力ポートの入力に基づいて、複数のサーミスタの出力電圧を伝送する伝送線の間の絶縁異常を検知するよう構成している。

特開２０１４−１６７４１８号公報

上記従来の異常検出装置において、各サーミスタの出力電圧を伝送する伝送線から検出電圧を入力するアナログ信号入力ポートが、はんだクラック等によって伝送線から浮いたオープン故障状態になると、当該アナログ信号入力ポートの読み値が不定値となってしまうことが知られており、このような状態でアナログ信号入力ポートの読み値に基づいて給湯燃焼制御を行うと高温出湯などの問題が生じる可能性がある。

上記従来の異常検出装置によれば、各アナログ信号入力ポートがオープン故障状態になっているか否かをも、上記スイッチング素子により伝送線をグラウンドに導通させたときの読み値が０Ｖであるか否かの確認により行うことができるが、各伝送線毎にスイッチング素子を設ける必要があり、部品点数が多くなって基板実装面積も大型化するという問題がある。

そこで、本発明は、部品点数の削減を図りつつも、各アナログセンサ毎のアナログ信号入力部がオープン故障状態となっているか否かを判定可能に構成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、本発明の制御装置は、検出動作用電源電圧が供給される電源ラインに接続されたアナログ量検出部と、該アナログ量検出部が出力するアナログ電圧信号を入力するアナログ信号入力部を有する制御部と、該制御部により開閉動作が制御され且つ開動作時に前記電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断するスイッチング回路とを備えるものである。そして、前記制御部は、前記スイッチング回路を開動作制御している際に前記アナログ量検出部と前記アナログ信号入力部との間の断線判定処理を行うよう構成できる。さらに、上記の断線判定処理は、前記アナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値が、前記検出動作用電源電圧が供給されていない状態における所定の正常範囲外である場合に、前記アナログ量検出部と前記アナログ信号入力部との間で断線が生じていると判定するものとすることができる（請求項１）。

かかる本発明の制御装置によれば、制御部により開閉動作が制御されるスイッチング回路によって、アナログ量検出部が接続される電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断可能に構成したので、電源ラインに複数のアナログ量検出部を接続した場合に、共通のスイッチング回路によって一括して検出動作用電源電圧の供給を遮断できる。そして、アナログ量検出部を、電源ラインと、該電源ラインに供給される検出動作用電源電圧とは異なる所定の電位（例えば０Ｖ）の定電圧ノードとの間に接続しておくことで、電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断したときは定電圧ノードの電位に応じた電圧（例えば、アナログ量検出部のアナログ電圧信号出力部と定電圧ノードとの間に抵抗成分があり、制御部のアナログ信号入力部の入力インピーダンスが上記抵抗成分に比べて十分に大きい場合には、例えば０．５Ｖ未満）が制御部のアナログ信号入力部に入力されることとなるので、スイッチング回路を開制御したときにアナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値（制御部読み値）が、検出動作用電源電圧が供給されていない状態における所定の正常範囲外（例えば０．５Ｖ以上）である場合には、アナログ量検出部とアナログ信号入力部との間で断線（オープン故障）が生じていると判定できる。

また、本発明の制御装置は、検出動作用電源電圧が供給される電源ラインに並列に接続された複数のアナログ量検出部と、各アナログ量検出部が出力するアナログ電圧信号を入力する複数のアナログ信号入力部を有する制御部と、該制御部により開閉動作が制御され且つ開動作時に前記電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断するスイッチング回路とを備え、前記制御部は、前記スイッチング回路を開動作制御している際に、少なくとも一つの前記アナログ量検出部とこれに対応するアナログ信号入力部との間の断線判定処理を行うよう構成され、該断線判定処理は、処理対象に係るアナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値が、前記検出動作用電源電圧が供給されていない状態における所定の正常範囲外である場合に、処理対象に係るアナログ量検出部とアナログ信号入力部との間で断線が生じていると判定するものであってよい（請求項２）。

かかる本発明の制御装置によれば、制御部により開閉動作が制御されるスイッチング回路によって、アナログ量検出部が接続される電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断可能に構成したので、電源ラインに接続した複数のアナログ量検出部への検出動作用電源電圧の供給を、共通のスイッチング回路によって一括して遮断できる。そして、各アナログ量検出部を、電源ラインと、該電源ラインに供給される検出動作用電源電圧とは異なる所定の電位（例えば０Ｖ）の定電圧ノードとの間に接続しておくことで、電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断したときは定電圧ノードの電位に応じた電圧（例えば、アナログ量検出部のアナログ電圧信号出力部と定電圧ノードとの間に抵抗成分があり、制御部のアナログ信号入力部の入力インピーダンスが上記抵抗成分に比べて十分に大きい場合には、例えば０．５Ｖ未満）が制御部のアナログ信号入力部に入力されることとなるので、スイッチング回路を開制御したときにアナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値（制御部読み値）が、検出動作用電源電圧が供給されていない状態における所定の正常範囲外（例えば０．５Ｖ以上）である場合には、断線判定処理の処理対象に係るアナログ量検出部とアナログ信号入力部との間で断線（オープン故障）が生じていると判定できる。

上記本発明の制御装置において、前記アナログ量検出部は給湯装置に備えられた給湯運転制御用のアナログセンサを備え、前記制御部は、所定の給湯運転制御を実行可能に構成されるとともに、前記給湯運転制御を実行していないときに前記断線判定処理を行うよう構成することができる（請求項３）。これによれば、例えば給湯運転制御の開始前に断線判定処理を行うことでアナログ量検出部とアナログ信号入力部との間で断線が生じているか否かを判定して、断線が生じている場合には給湯運転制御を開始しないようにするか、或いは、給湯運転制御を開始するとしてもアナログ量検出部とアナログ信号入力部との間で断線が生じていることを前提とした制御を行うことによって、高温出湯等の好ましくない状態が生じることを回避できる。

さらに、前記制御部は、前記給湯運転制御を実行していないときに所定の省電力制御を行うよう構成され、前記断線判定処理は、前記省電力制御時に行われるよう構成されていてよい（請求項４）。これによれば、給湯運転制御を実行していないとき、すなわち待機中に省電力制御を行うことで待機時消費電力を削減でき、この省電力制御時に断線判定処理を行うことで待機時消費電力を削減しつつ待機時にアナログ量検出部とアナログ信号入力部との間で断線が生じているか否かを判定することができる。

また、本発明の制御装置では、前記スイッチング回路を介して前記電源ラインへ供給される検出動作用電源電圧の値を前記制御部に読み込み可能に構成され、前記制御部は、読み込んだ検出動作用電源電圧の値と、前記アナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値とに基づいて、前記アナログ量検出部が検出するアナログ量を算出するよう構成することができる（請求項５）。これによれば、定電圧源からスイッチング回路を介して上記電源ラインに検出動作用電源電圧を供給する構成の場合、スイッチング回路としてトランジスタ等の半導体スイッチング素子を用いると導通時（閉動作時）でも若干の電圧降下（例えば０．６Ｖ前後）が生じ、その電圧降下量は温度等の環境因子によって変動するため、アナログ量検出部に供給される検出動作用電源電圧自体が変動して、アナログ量検出部が出力するアナログ電圧信号の電位も上記スイッチング素子の電圧降下量に応じて変動してしまい、アナログ電圧信号の読み値のみでは正確なアナログ量を検知できないこととなるが、読み込んだ検出動作用電源電圧の値に基づいてアナログ量検出部が検出するアナログ量（アナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号に基づいて算出されるアナログ量）を算出することで、より正確なアナログ量を検知可能となる。

さらに、前記制御部は、前記スイッチング回路を開動作制御しているときの検出動作用電源電圧の値に基づいて、前記スイッチング回路がショート故障しているか否かを判定するよう構成してもよい（請求項６）。これによれば、回路構成の簡素化を図りつつも、アナログ量検出部が接続される電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断するためのスイッチング回路のショート故障をも判定でき、故障個所の特定を容易化できる。

以上説明したように、本発明によれば、部品点数の削減を図りつつも、各アナログセンサ毎のアナログ信号入力部がオープン故障状態となっているか否かを判定できる。

本発明の一実施形態に係る制御装置の要部の回路図である。本発明の他の実施形態に係る制御装置の要部の回路図である。

以下、本発明を給湯装置用の制御装置として実施する場合の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、給湯装置の基本構成については上記特許文献１記載のものと同様であるので、同文献をここに引用して詳細説明を省略し、本実施形態の制御装置における要部について以下説明する。

図１は、本実施形態に係る給湯装置用の制御装置の要部を示しており、該制御装置は、マイコンにより主構成される制御部１と、商用交流電源電圧から１５Ｖ付近の直流電源電圧を生成して１５Ｖ電源ラインに出力するＡＣ−ＤＣコンバータからなる電源回路２と、該電源電圧２が出力する１５Ｖ直流電源電圧から５Ｖの直流電源電圧を生成して５Ｖ電源ラインに出力する定電圧源となるレギュレータ３と、５Ｖ電源ラインにスイッチング回路４を介して接続された検出動作用電源ラインと、該検出動作用電源ラインとグランドとの間に並列に接続された複数のアナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４とを備えている。

制御部１は、給湯運転中に燃焼缶体における燃焼制御や給湯回路に設けた各種電磁弁等の動作制御によって給湯運転制御を行うものであるとともに、給湯運転停止中に所定の省電力制御を実行するよう構成されている。

電源回路２は、制御部１が省電力制御時（省電力モード時）に省電力指令ポートから所定の省電力指令信号（Ｈｉｇｈ信号など）を出力しているときに１５Ｖ電源ラインへの出力電圧を１５Ｖから９Ｖに降圧するよう構成されている。

なお、１５Ｖ電源ラインには、給湯装置に備えられる各種電磁弁などの１５Ｖ電源負荷が接続されており、上記省電力制御により、１５Ｖ電源負荷の駆動回路に印加される電圧が低減して、待機電力が低減されるようになっている。また、電源回路２は、２以上の電源電圧出力部を有していてもよく、省電力制御時にいずれか一の電源電圧出力部からの電源電圧出力を遮断するよう構成することもできる。このように省電力制御時に電源電圧出力が遮断される電源電圧出力部には、例えば燃焼用空気を供給するファン駆動モータや、湯張り時に浴槽に落とし込んだ水量を計測するための落とし込み水量センサなどを接続することができる。一方、省電力制御時に出力電圧が降圧される電源電圧出力部には、降圧された電圧（例えば９Ｖ）でも省電力制御中の動作が可能な電気負荷、例えばリモコンや給湯水量センサなど、を接続することができる。

レギュレータ３は、電源回路２が１５Ｖを出力しているときも、９Ｖを出力しているときも、５Ｖの定電圧を５Ｖ電源ラインに出力するよう構成されている。制御部１などの５Ｖ電源負荷は５Ｖ電源ラインに接続されている。なお、本実施形態では、制御部１の電源ポートＶｃｃが５Ｖ電源ラインに接続され、この５Ｖ電源ラインの入力電圧を基準電圧として、後述するアナログ信号入力部に入力される電圧の値を演算により求めるよう構成しているが、別の基準電位入力部を制御部１に設けて、この基準電位入力部に、所定の定電圧源（上記レギュレータ３や、レギュレータ３の出力電圧を分圧する分圧回路など）が出力する一定の電圧を入力させて、基準電位入力部からの入力電圧を基準としてアナログ信号入力部に入力される電圧の値を演算により求めるよう構成することもできる。ただし、スイッチング素子Ｑ１による電圧降下分を考慮し、例えば検出動作用電源ラインには４．４Ｖの定電圧が供給されているものとみなして、各アナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値と上記定電圧（４．４Ｖ）との比率に基づいて各アナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４が検出するアナログ量を演算により求めることができる。

スイッチング回路４は、５Ｖ電源ラインに検出動作用電源ラインを導通させる状態と絶縁させる状態とに切り替え可能であれば適宜の構成であってよいが、本実施形態では、５Ｖ電源ラインと検出動作用電源ラインとを導通させる状態と絶縁させる状態とに切り替え可能な第１のスイッチング素子Ｑ１と、該第１のスイッチング素子Ｑ１を駆動するための第２のスイッチング素子Ｑ２とを備えている。第１のスイッチング素子Ｑ１はＰＮＰ型バイポーラトランジスタにより構成されており、そのベース（駆動信号入力部）が第２のスイッチング素子Ｑ２を介してグランドに接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２はＮＰＮ型バイポーラトランジスタにより構成されており、そのベース（駆動信号入力部）が制御部１のピン浮きチェック信号出力ポートに接続されている。したがって、ピン浮きチェック信号出力ポートからＨｉｇｈ信号が出力されると、第２のスイッチング素子Ｑ２が導通するとともに第１のスイッチング素子Ｑ１が導通して、該スイッチング素子Ｑ１を介して５Ｖ電源ラインに検出動作用電源ラインが接続され、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ−エミッタ間の電圧降下によって、５Ｖより若干小さい電圧（例えば、４．２〜４．４Ｖ）が検出動作用電源電圧として検出動作用電源ラインに供給される。

各アナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４は、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ４（アナログセンサ）と固定抵抗器Ｒ１〜Ｒ４とを直列に接続してなる分圧回路によって構成されており、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ４は固定抵抗器Ｒ１〜Ｒ４のグランド側に接続されている。そして、各アナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４のサーミスタＴＨ１〜ＴＨ４と固定抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の間から、各サーミスタＴＨ１〜ＴＨ４の温度に応じたアナログ電圧信号がアナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４による検出信号として出力されるようになっている。

各アナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４に対応して制御部１には複数のアナログ信号入力部（ＴＨ１信号入力〜ＴＨ４信号入力）が設けられており、各アナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４が出力するアナログ電圧信号が、それぞれ対応するアナログ信号入力部に入力され、制御部１は、かかるアナログ電圧信号の読み値（電位値）を算出するとともに、各読み値に基づいて各サーミスタＴＨ１〜ＴＨ４の温度を求めるように構成されている。

サーミスタＴＨ１〜ＴＨ４は、給湯装置に備えられる給湯運転制御用の種々のサーミスタであってよく、例えば、出湯温度検出用の出湯サーミスタ、風呂追い焚き回路の風呂戻り温度検出用の風呂戻りサーミスタ、風呂追い焚き回路の風呂往き温度検出用の風呂往きサーミスタ、上水道からの入水温度を検出する入水サーミスタ、燃焼缶体温度を検出する缶体サーミスタ、雰囲気温度を検出するＦ点サーミスタ、燃焼缶体からの排気温度を検出する排気サーミスタ、燃焼缶体への給気温度を検出する給気サーミスタなどであってよい。

そして、制御部１は、給湯運転中は、ピン浮きチェック信号出力ポートの出力をＨｉｇｈ信号で保持することでスイッチング回路４を閉動作させ、各アナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４に検出動作用電源電圧を供給することで、各サーミスタＴＨ１〜ＴＨ４が検出する温度に応じたアナログ電圧信号が各アナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４から出力される。

また、給湯運転開始直前や、給湯運転終了直後や、その他給湯運転停止中の適宜のタイミングで、制御部１は、各アナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４のアナログ電圧信号出力部と、対応するアナログ信号入力部との間の断線判定処理を行うよう構成されている。この断線判定処理において、ピン浮きチェック信号出力ポートの出力をＬｏｗ信号に切り替えることでスイッチング回路４を開動作制御し、これにより検出動作用電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断した状態で、各アナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の読み値が０．５Ｖ以上（検出動作用電源電圧が供給されていない状態における正常範囲外）であれば、そのアナログ信号入力部にピン浮きによる断線が生じているものと判定することができる。断線が生じているものと判定された場合には、所定の異常報知を行うとともに、その後の給湯運転を禁止することができる。一方、すべてのアナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の読み値が０．５Ｖ未満（正常範囲）であれば、断線判定処理を正常終了する。

なお、断線判定処理は、すべてのアナログ量検出部Ｓ１〜Ｓ４に対して実施する必要はなく、重要度の高い一部のアナログ量検出部のみについて実施することも可能である。

なお、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、上記実施形態ではスイッチング回路を半導体スイッチング素子によって構成したが、リレー回路その他の適宜のスイッチング回路であってもよい。また、半導体スイッチング素子としては、バイポーラトランジスタの他、ＦＥＴなどの適宜のものを用いることができる。また、アナログ量検出部が検出するアナログ量としては、温度の他、給湯回路の流量や、各種電気負荷の駆動電流や駆動電圧等、適宜のものであってよい。

また、上記実施形態では５Ｖ電源電圧を基準電圧としてアナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の電位（読み値）を算出する例を示したが、図２に示すように、検出動作用電源ラインに供給される検出動作用電源電圧を、分圧回路５からなる電圧監視回路を介して制御部１のサーミスタ電源電圧監視入力ポートに入力させ、該ポートの入力電圧に基づいて検出動作用電源電圧の値を制御部１が読み込み可能とすることができる。そして、この検出動作用電源電圧の値に基づいて、アナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号に基づいて算出される温度などのアナログ量を補正するよう構成できる。

例えば、スイッチング素子Ｑ１による電圧降下量が大きくなって検出動作用電源電圧の値が４．２Ｖとなり、アナログ量検出部Ｓ１が出力するアナログ電圧信号の値が２．１Ｖであるとき、図１に示す実施形態では検出動作用電源電圧が４．４Ｖ一律であるとしていたため、サーミスタＴＨ１の抵抗値＝Ｒ１・（２．１／（４．４−２．１））≒０．９１Ｒ１となり、かかる抵抗値に対応する温度を検出しているものと制御部１は算出する。しかし、上記のように実際の検出動作用電源電圧は４．２Ｖであるから、正確なサーミスタＴＨ１の抵抗値＝Ｒ１・（２．１／（４．２−２．１））＝Ｒ１となり、かかる抵抗値に対応する温度を検出しているものと制御部１により算出することができる。

１制御部
３定電圧源
４スイッチング回路
Ｓ１〜Ｓ４アナログ量検出部

Claims

検出動作用電源電圧が供給される電源ラインに接続されたアナログ量検出部と、該アナログ量検出部が出力するアナログ電圧信号を入力するアナログ信号入力部を有する制御部と、該制御部により開閉動作が制御され且つ開動作時に前記電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断するスイッチング回路とを備え、前記制御部は、前記スイッチング回路を開動作制御している際に前記アナログ量検出部と前記アナログ信号入力部との間の断線判定処理を行うよう構成され、該断線判定処理は、前記アナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値が、前記検出動作用電源電圧が供給されていない状態における所定の正常範囲外である場合に、前記アナログ量検出部と前記アナログ信号入力部との間で断線が生じていると判定するものである、制御装置。
検出動作用電源電圧が供給される電源ラインに並列に接続された複数のアナログ量検出部と、各アナログ量検出部が出力するアナログ電圧信号を入力する複数のアナログ信号入力部を有する制御部と、該制御部により開閉動作が制御され且つ開動作時に前記電源ラインへの検出動作用電源電圧の供給を遮断するスイッチング回路とを備え、前記制御部は、前記スイッチング回路を開動作制御している際に、少なくとも一つの前記アナログ量検出部とこれに対応するアナログ信号入力部との間の断線判定処理を行うよう構成され、該断線判定処理は、処理対象に係るアナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値が、前記検出動作用電源電圧が供給されていない状態における所定の正常範囲外である場合に、処理対象に係るアナログ量検出部とアナログ信号入力部との間で断線が生じていると判定するものである、制御装置。
請求項１又は２に記載の制御装置において、前記アナログ量検出部は給湯装置に備えられた給湯運転制御用のアナログセンサを備え、前記制御部は、所定の給湯運転制御を実行可能に構成されるとともに、前記給湯運転制御を実行していないときに前記断線判定処理を行うよう構成されている、制御装置。
請求項３に記載の制御装置において、前記制御部は、前記給湯運転制御を実行していないときに所定の省電力制御を行うよう構成され、前記断線判定処理は、前記省電力制御時に行われるよう構成されている、制御装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置において、前記スイッチング回路を介して前記電源ラインへ供給される検出動作用電源電圧の値を前記制御部に読み込み可能に構成され、前記制御部は、読み込んだ検出動作用電源電圧の値と、前記アナログ信号入力部に入力されるアナログ電圧信号の値とに基づいて、前記アナログ量検出部が検出するアナログ量を算出するよう構成されている、制御装置。
請求項５に記載の制御装置において、前記制御部は、前記スイッチング回路を開動作制御しているときの検出動作用電源電圧の値に基づいて、前記スイッチング回路がショート故障しているか否かを判定するよう構成されている、制御装置。