JP6796732B1 - 回路基板、回路および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の機能を選択できる回路基板、この回路基板を用いた回路及びこの回路を備える空気調和装置を提供する。【解決手段】複数の機能を選択できる回路基板において、抵抗配置部Ｒ１、Ｒ２と、ジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ４と、ジャンパ配置部ＪＰ１及びジャンパ配置部ＪＰ３の第１の導体ランドパターンと電流検出部１００の＋端子とが接続される配線パターンと、ジャンパ配置部ＪＰ２及びジャンパ配置部ＪＰ４の第１の導体ランドパターンと電流検出部１００の−端子とが接続される配線パターンと、ジャンパ配置部ＪＰ１及びジャンパ配置部ＪＰ２の第２の導体ランドパターンと抵抗配置部Ｒ１の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと、ジャンパ配置部ＪＰ３及びジャンパ配置部ＪＰ４の第２の導体ランドパターンと抵抗配置部Ｒ２の導体ランドパターンとが接続される配線パターンとを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、部品の実装の有無によって機能を選択できる回路基板、回路およびその回路を備える空気調和装置に関する。

一般に空気調和装置は、種々の電流検出回路を備え、検出した電流に基づく制御が行われる。ここで、空気調和装置における電流検出の例として、電源電流検出、コンバータ回路の過電流検出、インバータ回路の制御電流検出などが挙げられる。空気調和装置は、各機種の機能に応じて、これらの電流検出を行う回路を搭載するか否かが選択される。電流検出回路は、例えば特許文献１および特許文献２に示されるものが開発されている。

ところで、回路基板の開発コストや評価時間などを低減させるために、共通化した回路基板によって複数の機能を実現させたいという要求がある。例えば、特許文献３は、共通化した絶縁基板を用いることによって、複数の形式（機能）に対応可能な回路パターンを有する回路基板を開示している。

しかしながら、特許文献３は、アンテナモジュールに係る高周波回路を共通化する技術であり、上述したような空気調和装置の各種電流を検出する回路において、回路基板を共通化する技術は開発されていなかった。そのため、空気調和装置において電流を検出する回路の回路基板を共通化する技術が求められていた。

特開２００４−１１６９２０号公報 特開２００９−１８３０３８号公報 特開２０１７−１９５４８８号公報

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、複数の機能を選択できる回路基板、この回路基板を用いた回路およびこの回路を備える空気調和装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明によれば、
第１の端子および第２の端子に接続された回路を流れる電流を検出する電流検出部と接続される配線パターンを備える回路基板であって、
抵抗器が実装可能な１対の導体ランドパターンを有する第１の抵抗配置部および第２の抵抗配置部と、
短絡部品が実装可能な１対の導体ランドパターンを有し、前記短絡部品の実装の有無によって、前記１対の導体ランドパターン間の短絡および開放の切り替えが可能な第１〜第４の切替部と、
前記第１の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第３の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第１の端子とが接続される配線パターンと、
前記第２の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第４の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第２の端子とが接続される配線パターンと、
前記第１の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第２の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第１の抵抗配置部の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと、
前記第３の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第４の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第２の抵抗配置部の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと
を備える、回路基板が提供される。

本発明によれば、複数の機能を選択できる回路基板、この回路基板を用いた回路およびこの回路を備える空気調和装置が提供できる。

一般的な過電流検出回路の回路図。 一般的な電源電流検出回路の回路図。 第１の実施形態における回路基板構成を示す図。 第１の実施形態における回路基板構成の詳細を説明する図。 第１の実施形態の回路基板において過電流検出回路および電源電流検出回路を構成した回路図。 第２の実施形態における回路基板構成を示す図。 第２の実施形態における回路基板構成の詳細を説明する図。 第２の実施形態における回路基板構成の詳細を説明する図。 第２の実施形態の回路基板において過電流検出回路および電源電流検出回路を構成した回路図。

以下、本発明を、第１の実施形態および第２の実施形態を以て説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。特に、各実施形態に共通する汎用的な要素については、断りのない限り、第１の実施形態と第２の実施形態とでは同様であるものとする。

従来技術における過電流検出回路および電源電流検出回路の回路構成について、図１および図２を以て説明する。図１は、一般的な過電流検出回路の回路図であり、図２は、一般的な電源電流検出回路の回路図である。

まず、図１について説明する。過電流検出回路は、コンバータ回路のスイッチング素子がＯＮ時に素子を流れる電流を検出し、スイッチング素子が破壊される電流に到達する前にスイッチングを停止させる回路である。過電流検出回路は、図１に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１、リアクタンス素子Ｌ１、スイッチング素子Ｑ１、シャント抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、および電流検出部１００から構成され、交流電源２００と接続される。図１における破線の矢印は、測定される電流の経路を示している。ダイオードブリッジＤＢ１は、図１の薄い色の線で示される矩形部のように、４つのダイオードがブリッジ構造を形成して構成される。電流検出部１００は、２つの端子を備え、各端子はシャント抵抗Ｒ１の両端に接続される。これによって、電流検出部１００は、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ時に流れる電流を検出できる。

次に、図２について説明する。電源電流検出回路は、商用電源の負荷電流を検出し、これによってコンバータ回路のスイッチングの制御を行うことができる。電源電流検出回路は、図２に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１、リアクタンス素子Ｌ１、スイッチング素子Ｑ１、シャント抵抗Ｒ２、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、電流検出部１００から構成され、交流電源２００と接続される。図２における破線の矢印は、測定される電流の経路を示している。図１と同様に、電流検出部１００は、２つの端子を備え、各端子がシャント抵抗Ｒ２の両端に接続される。これによって、電流検出部１００は、交流電源２００の負荷電流を検出できる。

空気調和装置は、図１や図２に示した各種の電流検出回路を備え、種々の制御を行う。ここで、図１の過電流検出回路と、図２の電源電流検出回路とを同じ回路基板で構成する場合、すなわち、回路基板を共通化する場合について考える。図１および図２は、使用する部品が共通し、また、電流検出部１００についても同一の構成である。しかしながら、図１と図２とでは、電流を測定する位置、電流が流れる経路や方向が異なる。そのため、単に図１と図２の構成を組み合わせただけでは共通化できず、制御基板やマイコンポートなどによって、電流検出部１００の端子の正負を適切に調整する処理が必要となり、基板が大規模になり、コストの増大を招くこととなる。そこで、以下に説明する第１の実施形態または第２の実施形態に示す構成とすることで、過電流検出回路の回路基板と、電源電流検出回路の回路基板とを共通化することができる。

まず、第１の実施形態について説明する。図３は、第１の実施形態における回路基板構成を示す図である。第１の実施形態の回路基板は、図３に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１、リアクタンス素子Ｌ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、電流検出部１００の各部品を配置する配置部と、交流電源２００に接続される端子とを備えて構成される。また、第１の実施形態の回路基板は、抵抗配置部Ｒ１，Ｒ２、ジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ４を備えて構成される。

抵抗配置部Ｒ１，Ｒ２は、抵抗器の実装が可能な１対の導体ランドパターンを有し、半田付けなどによって導体ランドパターン間に抵抗器を実装することができる。また、抵抗配置部Ｒ１，Ｒ２には、有限の抵抗値を持つ抵抗器以外にも、ジャンパ線のような導体やいわゆるゼロオーム抵抗などを実装することができ、これによって導体ランドパターン間を電気的に短絡（ショート）することができる（以下では、ジャンパ線やゼロオーム抵抗などの専ら電気的な短絡の用に供される部品を総称して「短絡部品」として参照する）。なお、説明する実施形態における用語「導体ランドパターン」は、部品の取り付けに用いられる導体のパターンを指し、例えば、表面実装用のパッドやスルーホール基板における部品取り付け穴などが挙げられる。

ジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ４は、短絡部品の実装が可能な１対の導体ランドパターンを有し、短絡部品の実装の有無によって、導体ランドパターン間の電気的な短絡（ショート）および開放（オープン）を切り替えることができる。すなわち、ジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ４は、短絡と開放とを選択的に切り替えることができる切替部として機能する。

第１の実施形態における回路基板は、各部品が図３に示すように電気的に接続される配線パターンを有する。ここで、第１の実施形態における回路基板の詳細な配線パターンについて、図４を以て説明する。図４は、第１の実施形態における回路基板構成の詳細を説明する図である。

第１の実施形態における回路基板は、図４（ａ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ１の一方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ３の一方の導体ランドパターンと、電流検出部１００の＋端子とが接続される配線パターンを備える。

また、第１の実施形態における回路基板は、図４（ｂ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ２の一方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ４の一方の導体ランドパターンと、電流検出部１００の−端子とが接続される配線パターンを備える。

また、第１の実施形態における回路基板は、図４（ｃ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ１の他方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ２の他方の導体ランドパターンと、抵抗配置部Ｒ１の導体ランドパターンとが接続される配線パターンを備える。

また、第１の実施形態における回路基板は、図４（ｄ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ３の他方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ４の他方の導体ランドパターンと、抵抗配置部Ｒ２の導体ランドパターンとが接続される配線パターンを備える。

図３および図４に示す配線パターンを備える回路基板とすることで、過電流検出回路の回路基板と電源電流検出回路の回路基板とを共通化できる。したがって、図３に示す構成の回路基板において、抵抗配置部Ｒ１，Ｒ２およびジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ４への、抵抗器や短絡部品の実装の有無を適切に組み合わせることで、過電流検出回路として動作する回路とするか、電源電流検出回路として動作する回路とするかを選択することができる。

そこで、第１の実施形態の回路基板を用いて構成される過電流検出回路および電源電流検出回路について、図５を以て説明する。図５は、第１の実施形態の回路基板において過電流検出回路および電源電流検出回路を構成した回路図である。図５（ａ）は、過電流検出回路の構成を、図５（ｂ）は、電源電流検出回路の構成を、それぞれ示している。なお、以下の図５の説明においては、下記の表１を適宜参照するものとする。表１は、過電流検出回路構成時および電源電流検出回路構成時における、抵抗配置部Ｒ１，Ｒ２およびジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ４の状態を示す表である。

第１の実施形態の回路基板において過電流検出回路を構成する場合には、図５（ａ）および表１に示すような構成とする。すなわち、抵抗配置部Ｒ１にシャント抵抗を実装し、抵抗配置部Ｒ２に短絡部品を実装して導体ランドパターン間を電気的に短絡する。また、ジャンパ配置部ＪＰ１およびＪＰ４に短絡部品を実装して、導体ランドパターン間を電気的に短絡し、ジャンパ配置部ＪＰ２およびＪＰ３には短絡部品を実装せず、導体ランドパターン間を電気的に開放する。これによって、スイッチング素子Ｑ１がＯＮである場合に、図１に示した過電流検出回路に相当する回路が構成され、電流検出部１００は、図５（ａ）の破線の矢印で示される経路の電流を測定することができる。

一方で、第１の実施形態の回路基板において電源電流検出回路を構成する場合には、図５（ｂ）および表１に示すような構成とする。すなわち、抵抗配置部Ｒ１に短絡部品を実装して導体ランドパターン間を電気的に短絡し、抵抗配置部Ｒ２にシャント抵抗を実装する。また、ジャンパ配置部ＪＰ２およびＪＰ３に短絡部品を実装して、導体ランドパターン間を電気的に短絡し、ジャンパ配置部ＪＰ１およびＪＰ４には短絡部品を実装せず、導体ランドパターン間を電気的に開放する。これによって、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦである場合に、図２に示した電源電流検出回路に相当する回路が構成され、電流検出部１００は、図５（ｂ）の破線の矢印で示される経路の電流を測定することができる。

このように、第１の実施形態において示した回路構成とすることで、電流の極性と、電流の経路とを部品の実装の有無によって選択でき、過電流検出回路および電源電流検出回路の回路基板を共通化できる。したがって、同一の回路基板において部品の実装の有無によって、過電流検出回路とするか、電源電流検出回路とするかを選択できる。また、回路基板を共通化することによって、回路基板の開発コストや評価時間などを低減できる。

ここまで、第１の実施形態について説明した。次に、第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態における回路基板構成を示す図である。第２の実施形態の回路基板は、図６に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１、リアクタンス素子Ｌ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、シャント抵抗Ｒ１、電流検出部１００の各部品を配置する配置部と、交流電源２００に接続される端子とを備えて構成される。また、第２の実施形態の回路基板は、ジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ６を備えて構成される。なお、ジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ６は、第１の実施形態において説明したものと同様であるため、詳細は省略する。

第２の実施形態における回路基板は、各部品が図６に示すように電気的に接続される配線パターンを有する。ここで、第２の実施形態における回路基板の詳細な配線パターンについて、図７および図８を以て説明する。図７および図８は、第２の実施形態における回路基板構成の詳細を説明する図である。

第２の実施形態における回路基板は、図７（ａ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ１の一方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ３の一方の導体ランドパターンと、電流検出部１００の＋端子とが接続される配線パターンを備える。

また、第２の実施形態における回路基板は、図７（ｂ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ２の一方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ４の一方の導体ランドパターンと、電流検出部１００の−端子とが接続される配線パターンを備える。

また、第２の実施形態における回路基板は、図８（ａ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ１の他方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ２の他方の導体ランドパターンと、抵抗配置部Ｒ１の一方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ５の一方のランドとが接続される配線パターンを備える。

また、第２の実施形態における回路基板は、図８（ｂ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ３の他方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ４の他方の導体ランドパターンと、抵抗配置部Ｒ１の他方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ６の一方のランドとが接続される配線パターンを備える。

また、第２の実施形態における回路基板は、図８（ｃ）の太線で示すように、ジャンパ配置部ＪＰ５の他方の導体ランドパターンと、ジャンパ配置部ＪＰ６の他方の導体ランドパターンとが接続される配線パターンを備える。

図６〜８に示す配線パターンを備える回路基板とすることで、過電流検出回路の回路基板と電源電流検出回路の回路基板とを共通化できる。したがって、図６に示す構成の回路基板において、ジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ６への短絡部品の実装の有無を適切に組み合わせることで、過電流検出回路として動作する回路とするか、電源電流検出回路として動作する回路とするかを選択することができる。

そこで、第２の実施形態の回路基板を用いて構成される過電流検出回路および電源電流検出回路について、図９を以て説明する。図９は、第２の実施形態の回路基板において過電流検出回路および電源電流検出回路を構成した回路図である。図９（ａ）は、過電流検出回路の構成を、図９（ｂ）は、電源電流検出回路の構成を、それぞれ示している。なお、以下の図９の説明においては、下記の表２を適宜参照するものとする。表２は、過電流検出回路構成時および電源電流検出回路構成時における、ジャンパ配置部ＪＰ１〜ＪＰ６の状態を示す表である。

第２の実施形態の回路基板において過電流検出回路を構成する場合には、図９（ａ）および表２に示すような構成とする。すなわち、ジャンパ配置部ＪＰ１、ＪＰ４およびＪＰ６に短絡部品を実装して、導体ランドパターン間を電気的に短絡し、ジャンパ配置部ＪＰ２、ＪＰ３およびＪＰ５には短絡部品を実装せず、導体ランドパターン間を電気的に開放する。これによって、スイッチング素子Ｑ１がＯＮである場合に、図１に示した過電流検出回路に相当する回路が構成され、電流検出部１００は、図９（ａ）の破線の矢印で示される経路の電流を測定することができる。

一方で、第２の実施形態の回路基板において電源電流検出回路を構成する場合には、図９（ｂ）および表２に示すような構成とする。すなわち、ジャンパ配置部ＪＰ２、ＪＰ３およびＪＰ５に短絡部品を実装して、導体ランドパターン間を電気的に短絡し、ジャンパ配置部ＪＰ１、ＪＰ４およびＪＰ６には短絡部品を実装せず、導体ランドパターン間を電気的に開放する。これによって、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦである場合に、図２に示した電源電流検出回路に相当する回路が構成され、電流検出部１００は、図９（ｂ）の破線の矢印で示される経路の電流を測定することができる。

このように、第２の実施形態において示した回路構成とすることで、電流の極性と、電流の経路とを部品の実装の有無によって選択でき、過電流検出回路および電源電流検出回路の回路基板を共通化できる。したがって、同一の回路基板において部品の実装の有無によって、過電流検出回路とするか、電源電流検出回路とするかを選択できる。また、回路基板を共通化することによって、回路基板の開発コストや評価時間などを低減できる。さらに、第２の実施形態に係る回路基板によれば、シャント抵抗を配置する抵抗配置部を１箇所にできるため、第１の実施形態に係る回路基板よりも省スペースな構成とすることができる。

以上、説明した本発明の各実施形態によれば、複数の機能を選択できる回路基板、この回路基板を用いた回路およびこの回路を備える空気調和装置を提供することができる。

なお、第１の実施形態および第２の実施形態における回路基板は、特に実施形態を限定するものではないが、一般的なプリント基板とすることができる。また、部品を実装する形態についても特に限定されず、表面実装やスルーホール実装など、任意の形態を適用することができる。したがって、実装される部品も特に限定されず、チップ部品やリード部品などを任意に選択して用いることができる。

以上、本発明について各実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

Ｒ１，Ｒ２…抵抗配置部（シャント抵抗）、
ＪＰ１〜ＪＰ６…ジャンパ配置部、
Ｃ１…コンデンサ、
Ｄ１…ダイオード、
ＤＢ１…ダイオードブリッジ、
Ｌ１…リアクタンス素子、
Ｑ１…スイッチング素子、
１００…電流検出部、
２００…交流電源

Claims (8)

1. 第１の端子および第２の端子を有する電流検出部と接続される配線パターンを備える回路基板であって、
   抵抗器が実装可能な１対の導体ランドパターンを有する第１の抵抗配置部および第２の抵抗配置部と、
   短絡部品が実装可能な１対の導体ランドパターンを有し、前記短絡部品の実装の有無によって、前記１対の導体ランドパターン間の短絡および開放の切り替えが可能な第１〜第４の切替部と、
   前記第１の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第３の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第１の端子とが接続される配線パターンと、
   前記第２の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第４の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第２の端子とが接続される配線パターンと、
   前記第１の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第２の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第１の抵抗配置部の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと、
   前記第３の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第４の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第２の抵抗配置部の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと
   を備える、回路基板。
2. 請求項１に記載の回路基板の前記第１の抵抗配置部に抵抗器を実装し、
   前記回路基板の前記第２の抵抗配置部、前記第１の切替部および前記第４の切替部を短絡し、
   前記回路基板の前記第２の切替部および前記第３の切替部を開放したことを特徴とする、
   回路。
3. 請求項１に記載の回路基板の前記第２の抵抗配置部に抵抗器を実装し、
   前記回路基板の前記第１の抵抗配置部、前記第２の切替部および前記第３の切替部を短絡し、
   前記回路基板の前記第１の切替部および前記第４の切替部を開放したことを特徴とする、
   回路。
4. 請求項２または３に記載の回路を備える、空気調和装置。
5. 第１の端子および第２の端子を有する電流検出部と接続される配線パターンを備える回路基板であって、
   抵抗器が実装可能な１対の導体ランドパターンを有する抵抗配置部と、
   短絡部品が実装可能な１対の導体ランドパターンを有し、前記短絡部品の実装の有無によって、前記１対の導体ランドパターン間の短絡および開放の切り替えが可能な第１〜第６の切替部と、
   前記第１の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第３の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第１の端子とが接続される配線パターンと、
   前記第２の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第４の切替部の第１の導体ランドパターンと、前記第２の端子とが接続される配線パターンと、
   前記第１の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第２の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記抵抗配置部の第１の導体ランドパターンと、前記第５の切替部の第１の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと、
   前記第３の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第４の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記抵抗配置部の第２の導体ランドパターンと、前記第６の切替部の第１の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと、
   前記第５の切替部の第２の導体ランドパターンと、前記第６の切替部の第２の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと
   を備える、回路基板。
6. 請求項５に記載の回路基板の前記第１の切替部、前記第４の切替部および前記第６の切替部を短絡し、
   前記回路基板の前記第２の切替部、前記第３の切替部および前記第５の切替部を開放したことを特徴とする、
   回路。
7. 請求項５に記載の回路基板の前記第２の切替部、前記第３の切替部および前記第５の切替部を短絡し、
   前記回路基板の前記第１の切替部、前記第４の切替部および前記第６の切替部を開放したことを特徴とする、
   回路。
8. 請求項６または７に記載の回路を備える、空気調和装置。