JP6809591B1

JP6809591B1 - 制御電源装置

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Publication number: JP6809591B1
Application number: JP2019196275A
Authority: JP
Inventors: 田中　俊行; 俊行田中; 稔千原; 河野　伸二; 伸二河野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2039-10-29
Also published as: EP4053468B1; ES2973837T3; EP4053468A4; US20220181988A1; JP2021072666A; EP4053468A1; CN114556764B; WO2021084926A1; CN114556764A; US12003189B2

Abstract

【課題】低コストに、負荷電力を増大できる制御電源装置を提供する。【解決手段】この制御電源装置１００は、不燃性材料で形成された電装品箱１に収容された電源基板２と、電源基板２に設けられ、供給できる電力の上限が所定値に制限されている第１電源部ＰＳ１と、電源基板２に設けられ、供給できる電力の上限が前記所定値に制限されている第２電源部ＰＳ２と、電装品箱１の外部に設けられ、第１電源部ＰＳ１から電力供給を受ける第１負荷回路Ｌ１と、第１負荷回路Ｌ１から電気的に独立した状態で電装品箱１の外部に設けられ、第２電源部ＰＳ２から電力供給を受ける第２負荷回路Ｌ２と、を備えている。【選択図】図３

Description

本開示は、制御電源装置に関する。

電気機器には制御電源装置が搭載されている。空調機では、例えば室内機の中に電源基板と、制御基板とを含む、制御電源装置が搭載されている。制御電源装置は、万一の発火の対策として、鉄板のような不燃性の電装品箱に入れる設計が必要になる。２つの基板を収容すると、電装品箱が大きくなり、形状も複雑になりやすい。そこで、制御基板の消費電力を所定値以下にすることで電装品箱に入れるのは電源基板のみとすることも提案されている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００７−１２０８２１号公報

しかしながら、所定値を超える電力が必要な場合、電源基板を複数個用意して電装品箱を大きくするか、または、制御基板も別途、不燃性の箱に入れる必要がある。いずれにしても、コスト増大に繋がる。
本開示は、低コストに、負荷電力を増大できる制御電源装置を提供することを目的とする。

（１）本開示の制御電源装置は、不燃性材料で形成された電装品箱に収容された電源基板と、前記電源基板に設けられ、供給できる電力の上限が所定値に制限されている第１電源部と、前記電源基板に設けられ、供給できる電力の上限が前記所定値に制限されている第２電源部と、前記電装品箱の外部に設けられ、前記第１電源部から電力供給を受ける第１負荷回路と、前記第１負荷回路から電気的に独立した状態で前記電装品箱の外部に設けられ、前記第２電源部から電力供給を受ける第２負荷回路と、を備えている。

このような制御電源装置では、第１負荷回路及び第２負荷回路はいずれも、単独で負荷電力が所定値を超えることはないので、不燃性材料で覆う必要はなくなり、その分、低コストに製作できる。

以下は、オプション的な構成としての記載である。

（２）前記（１）の制御電源装置において、前記電装品箱を収容する第１筐体と、前記第１負荷回路及び前記第２負荷回路を収容する第２筐体と、前記第１筐体と前記第２筐体とを互いに電気的に接続するコネクタと、を備えていてもよい。
この場合、コネクタにより、筐体同士の接続が容易である。

（３）前記（２）の制御電源装置において、前記第１筐体内にあって、かつ、前記電装品箱の外部に、前記電装品箱から出力される電圧を降圧する降圧回路が設けられていてもよい。
この場合、降圧回路は、電装品箱の外にあるので、電装品箱を、よりコンパクトにすることができる。

（４）前記（２）又は（３）の制御電源装置において、前記コネクタにおける電路の並びに関して、前記第１電源部の電圧出力線と前記第２電源部の電圧出力線との間にＧＮＤの電路が設けられていることが好ましい。
この場合、混触によって負荷電力が所定値を超えることを抑制することができる。

（５）前記（２）から（４）までのいずれかの制御電源装置において、前記第２筐体の内部には、前記コネクタに接続され、前記第１電源部の出力及び前記第２電源部の出力を受ける入出力基板と、ＣＰＵを搭載し、前記入出力基板を通して前記第２電源部の出力を受けるＣＰＵ基板と、が設けられていてもよい。
この場合、第２電源部の出力電圧しか使用しないＣＰＵ基板を入出力基板の下流に置くことができるので、第１電源部の出力電路は、ＣＰＵ基板を通らなくてもよい。逆にＣＰＵ基板を入出力基板より上流に配置する場合と比較すると、入出力基板へ供給する電圧の電圧降下を抑制できる。ＣＰＵは、入出力基板へ供給する電流の影響（ノイズ等）を受けにくい。

（６）前記（２）から（５）のいずれかの制御電源装置において、前記第２筐体と同様の負荷回路を含む１又は複数の第３筐体を有し、前記コネクタは、前記第２筐体及び前記第３筐体を装着して電気的に互いに接続可能なスロットの形態を成していてもよい。
このような構成は第３筐体の増設が容易である。

サーバから空調機までのシステム構成の一例を示す図である。エッジに用いられる制御電源装置を簡略化して基本コンセプトを示す図である。図２に示す制御電源装置の、具体的な回路構成図である。第２実施形態に係る制御電源装置の回路構成図である。

《第１実施形態》
以下、第１実施形態について説明する。
図１は、サーバから空調機までのシステム構成の一例を示す図である。図１において、サーバ２００とエッジ３００とは互いにネットワーク接続されている。エッジ３００は、複数（この例では３台）の空調機４００とローカルにネットワーク接続されている。エッジ３００はサーバ２００から受信した空調機の操作指示を、接続されている空調機４００に送信する。エッジ３００は、空調機４００の運転に関する情報をサーバ２００に定期的に送信する。

図２は、エッジ３００に用いられる制御電源装置１００を簡略化して基本コンセプトを示す図である。図において、電装品箱１は、不燃性材料として例えば、鉄板の板金加工により形成されている。電装品箱１内には、電源基板２が収容されている。１枚の電源基板２には、第１電源部ＰＳ１と、第２電源部ＰＳ２とが搭載されている。

第１電源部ＰＳ１及び第２電源部ＰＳ２には、電装品箱１の外部の交流電源５０から交流電圧が供給される。第１負荷回路Ｌ１は第１電源部ＰＳ１と接続され、電力の供給を受ける。第２負荷回路Ｌ２は第２電源部ＰＳ２と接続され、電力の供給を受ける。第１負荷回路Ｌ１と、第２負荷回路Ｌ２とは、電気的に互いに独立した負荷回路である。「電気的に互いに独立した」とは、負荷間の電流経路がないことを意味する。

なお、以下の記載における電力、電圧の数値は一例に過ぎず、記載した数値に限定されるものではない。

第１電源部ＰＳ１及び第２電源部ＰＳ２はそれぞれ、後述の電流制限回路を有しており、出力は所定値（１５Ｗ）以下に制限される。従って、第１負荷回路Ｌ１及び第２負荷回路Ｌ２は、共に、負荷電力が所定値以下である。但し、第１負荷回路Ｌ１及び第２負荷回路Ｌ２の合計では、所定値を超えることができる。この場合でも、第１負荷回路Ｌ１及び第２負荷回路Ｌ２の個々には所定値を超えないので、不燃性材料で形成された箱に入れる必要はない。従って、この制御電源装置１００は、電装品箱１の拡大や増設を要することなく、低コストに、負荷電力を増大できることになる。

図３は、図２に示す制御電源装置１００の、具体的な回路構成図である。図３において、電源基板２には、交流電源５０の電圧を変圧（降圧）する変圧器２１、変圧器２１の２次側電圧を整流する整流回路２２、及び、整流回路２２に接続された一対の電流制限回路２３，２４が設けられている。整流回路２２の出力は、プラス側が電流制限回路２３，２４に与えられ、マイナス側はＧＮＤ（グランド）に接続されている。

変圧器２１、整流回路２２及び電流制限回路２３は、図２における第１電源回路ＰＳ１に相当する。変圧器２１、整流回路２２及び電流制限回路２４は、図２における第２電源回路ＰＳ２に相当する。

電流制限回路２３，２４は、共に、１６Ｖの直流電圧を出力する。電流制限回路２３，２４の各々は、出力電流を内部で検出して電流制限を行うことにより、出力電力の上限を所定値（１５Ｗ）に制限する。電装品箱１の外部には、例えばレギュレータを用いた降圧回路３が設けられている。降圧回路３は、電流制限回路２４から入力されるＤＣ１６Ｖを、ＤＣ５Ｖに降圧して出力する。電流制限回路２３の出力（ＤＣ１６Ｖ）はそのまま出力される。

電装品箱１及び降圧回路３は、第１筐体Ｃ１に収容されている。第１筐体Ｃ１は、第２筐体Ｃ２と、例えばコネクタ４を介して電気的に互いに接続される。コネクタ４は例えば４端子を有しており、１６Ｖ端子、ＧＮＤ端子、５Ｖ端子、ＧＮＤ端子の順に並んでいる。２つのＧＮＤ用端子は、第１筐体Ｃ１側で、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。１６Ｖと５Ｖとの異種電圧の間にＧＮＤ端子が介在することで、異種電圧同士で偶発的な混触が起きる可能性を低減することができる。

第２筐体Ｃ２内には、Ｉ／Ｏ基板５と、ＣＰＵ基板６とが設けられている。コネクタ４は、Ｉ／Ｏ基板５に取り付けられている。Ｉ／Ｏ基板５とＣＰＵ基板６とは、コネクタ７を介して電気的に互いに接続されている。Ｉ／Ｏ基板５は、例えば、デジタル信号の入出力部５ａと、制御対象機器（例えば室内機）との通信部５ｂとを搭載している。ＣＰＵ基板６は、ＣＰＵを搭載している。

Ｉ／Ｏ基板５は、１６Ｖを使用する。ＣＰＵ基板は５Ｖを使用する。コネクタ４を介して受けた５Ｖの電路はＩ／Ｏ基板５を通ってＣＰＵ基板６に繋がっている。従って、電源供給の流れから見て、Ｉ／Ｏ基板５の下流にＣＰＵ基板６があることになる。これは、逆にＣＰＵ基板６をＩ／Ｏ基板５より上流に配置する場合と比較すると、より低い電圧のＣＰＵ基板６に、１６Ｖ電路を通さずに済むので、Ｉ／Ｏ基板５へ供給する１６Ｖの電圧の電圧降下を抑制できる。また、ＣＰＵ基板６のＣＰＵは、Ｉ／Ｏ基板５へ供給する電流の影響（ノイズ等）を受けにくい。第２筐体Ｃ２内では合計１５Ｗ以上使用しても、不燃材料の箱に収める必要はない。１６Ｖ，５Ｖの回路が個々には１５Ｗを超えないからである。

《第２実施形態》
次に、第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態に係る制御電源装置１００の回路構成図である。図４において、電源基板２には、交流電源５０の電圧を変圧（降圧）する変圧器２１、変圧器２１の２次側電圧を整流する整流回路２２、及び、整流回路２２に接続された３個の電流制限回路２３，２４，２５が設けられている。整流回路２２の出力は、プラス側が電流制限回路２３，２４に与えられ、マイナス側はＧＮＤ（グランド）に接続されている。

変圧器２１、整流回路２２、及び、電流制限回路２３，２４，２５のいずれか１つは、図２における第１電源回路ＰＳ１に相当する。変圧器２１、整流回路２２、及び、電流制限回路２３，２４，２５のいずれか他の１つは、図２における第２電源回路ＰＳ２に相当する。

電流制限回路２３，２４，２５は、共に、１６Ｖの直流電圧を出力する。電流制限回路２３，２４，２５の各々は、出力電流を内部で検出して電流制限を行うことにより、出力電力の上限を所定値（１５Ｗ）に制限する。電装品箱１の外部には、例えばレギュレータを用いた降圧回路３が設けられている。降圧回路３は、電流制限回路２４から入力されるＤＣ１６Ｖを、ＤＣ５Ｖに降圧して出力する。電流制限回路２３，２４の出力（ＤＣ１６Ｖ）はそのまま出力される。

電装品箱１及び降圧回路３は、第１筐体Ｃ１に収容されている。第２筐体Ｃ２は、例えば図３に示したものと同じであり、Ｉ／Ｏ基板５と、ＣＰＵ基板６とを有している。また、第３筐体Ｃ３は例えば２個あり、少なくとも第２筐体と同様の、Ｉ／Ｏ基板８と、ＣＰＵ基板９とを有している。なお、第３筐体Ｃ３は、Ｉ／Ｏ基板８やＣＰＵ基板９以外の、第２筐体Ｃ２とは異なる回路を搭載する場合もある。第１筐体Ｃ１、第２筐体Ｃ２、２個の第３筐体Ｃ３はそれぞれ、スロット１０に装着することにより、電気的に、図示のように接続されている。物理的（機械的）には、スロット１０上に、第１筐体Ｃ１、第２筐体Ｃ２、第３筐体Ｃ３を並べて取り付けることができる。本実施形態では、筐体を７つまで接続して使用することができる。８つ目以降の筐体も物理的には装着可能であるが、それには電力供給しない構成となっている。

３つの電流制限回路２３，２４，２５から見た負荷群は、互いに独立した３系統の負荷（１６Ｖ負荷，他の１６Ｖ負荷，５Ｖ負荷）となっている。各系統は、個々には電力の所定値（１５Ｗ）を超えない。ただ、全体としては所定値を超えることができる。各系統が最大電力まで使用すれば全体としては４５Ｗとなる。しかしながら、第２筐体Ｃ２、第３筐体Ｃ３のＩ／Ｏ基板５，８及びＣＰＵ基板６，９は不燃材料の箱に収める必要はない。各系統が個々には１５Ｗを超えないからである。

《開示のまとめ》
以上の開示は、以下のように一般化して表現することができる。

本開示の制御電源装置１００は、不燃性材料で形成された電装品箱１に収容された電源基板２と、電源基板２に設けられ、供給できる電力の上限が所定値に制限されている第１電源部ＰＳ１と、電源基板２に設けられ、供給できる電力の上限が前記所定値に制限されている第２電源部ＰＳ２と、電装品箱１の外部に設けられ、第１電源部ＰＳ１から電力供給を受ける第１負荷回路Ｌ１と、第１負荷回路Ｌ１から電気的に独立した状態で電装品箱１の外部に設けられ、第２電源部ＰＳ２から電力供給を受ける第２負荷回路Ｌ２と、を備えている。

このような制御電源装置１００では、第１電源部ＰＳ１及び第２電源部ＰＳ２は、不燃性を確保した電装品箱１に収容されている。かかる第１電源部ＰＳ１及び第２電源部ＰＳ２がそれぞれ、電気的に互いに独立した第１負荷回路Ｌ１及び第２負荷回路Ｌ２に電力を供給することにより、各々の電源部（ＰＳ１，ＰＳ２）の電力の上限は所定値に制限しつつ、負荷全体としては、所定値を超える電力を提供することができる。第１負荷回路Ｌ１及び第２負荷回路Ｌ２はいずれも、単独で負荷電力が所定値を超えることはないので、不燃性材料で覆う必要はなくなり、その分、低コストに製作できる。

制御電源装置１００は、電装品箱１を収容する第１筐体Ｃ１と、第１負荷回路Ｌ１及び第２負荷回路Ｌ２を収容する第２筐体Ｃ２と、第１筐体Ｃ１と第２筐体Ｃ２とを互いに電気的に接続するコネクタ４と、を備えている。
この場合、コネクタ４により、筐体同士の接続が容易である。

第１筐体Ｃ１内にあって、かつ、電装品箱１の外部には、例えば、電装品箱１から出力される電圧を降圧する降圧回路３が設けられている。
この場合、降圧回路３は、電装品箱１の外にあるので、電装品箱１を、よりコンパクトにすることができる。

コネクタ４における電路の並びに関して、第１電源部ＰＳ１の電圧出力線（例えば１６Ｖ）と第２電源部ＰＳ２の電圧出力線（例えば５Ｖ）との間にＧＮＤの電路が設けられていることが好ましい。
この場合、電圧線同士の偶発的な混触事故の発生を抑制することができる。その結果、混触によって負荷電力が所定値を超えることを抑制することができる。

第２筐体Ｃ２の内部には、コネクタ４に接続され、第１電源部ＰＳ１の出力及び第２電源部ＰＳ２の出力を受ける入出力基板５（Ｉ／Ｏ基板５）と、ＣＰＵを搭載し、入出力基板５を通して第２電源部ＰＳ２の出力を受けるＣＰＵ基板６と、が設けられている。
この場合、例えば第２電源部ＰＳ２の出力電圧しか使用しないＣＰＵ基板６を入出力基板５の下流に置くことができるので、第１電源部ＰＳ１の出力電路は、ＣＰＵ基板６を通らなくてもよい。逆にＣＰＵ基板６を入出力基板５より上流に配置する場合と比較すると、第１電源部ＰＳ１の出力電路をＣＰＵ基板６に通さずに済むので、入出力基板５へ供給する電圧の電圧降下を抑制できる。また、ＣＰＵ基板６のＣＰＵは、入出力基板５へ供給する電流の影響（ノイズ等）を受けにくい。

第２筐体Ｃ２と同様の負荷回路を含む１又は複数の第３筐体Ｃ３を有し、コネクタは、第２筐体Ｃ２及び第３筐体Ｃ３を装着して電気的に互いに接続可能なスロット１０の形態を成している、という構成も可能である。
このような構成は第３筐体Ｃ３の増設が容易である。なお、全ての筐体の合計の負荷電力は第１，第２の各電源部ＰＳ１，ＰＳ２について、前述の所定値以内とする。

なお、上述の各実施形態については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。
第２筐体Ｃ２、第３筐体Ｃ３の数は一例に過ぎない。１つの電流制限回路に接続される１系統の負荷電力が所定値（１５Ｗ）を超えない範囲で、複数個を接続することができる。

以上、実施形態について説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１：電装品箱、２：電源基板、３：降圧回路、４：コネクタ、５：Ｉ／Ｏ基板（入出力基板）、５ａ：入出力部、５ｂ：通信部、６：ＣＰＵ基板、７：コネクタ、８：Ｉ／Ｏ基板（入出力基板）、９：ＣＰＵ基板、１０：スロット、２１：変圧器、２２：整流回路、２３，２４，２５：電流制限回路、５０：交流電源、１００：制御電源装置、２００：サーバ、３００：エッジ、４００：空調機、Ｃ１：第１筐体、Ｃ２：第２筐体、Ｃ３：第３筐体、Ｌ１：第１負荷回路、Ｌ２：第２負荷回路、ＰＳ１：第１電源部、ＰＳ２：第２電源部

Claims

不燃性材料で形成された電装品箱（１）に収容された電源基板（２）と、
前記電源基板（２）に設けられ、供給できる電力の上限が所定値に制限されている第１電源部（ＰＳ１）と、
前記電源基板（２）に設けられ、供給できる電力の上限が前記所定値に制限されている第２電源部（ＰＳ２）と、
前記電装品箱（１）の外部に設けられ、前記第１電源部（ＰＳ１）から電力供給を受ける第１負荷回路（Ｌ１）と、
前記第１負荷回路（Ｌ１）から電気的に独立した状態で前記電装品箱（１）の外部に設けられ、前記第２電源部（ＰＳ２）から電力供給を受ける第２負荷回路（Ｌ２）と、
を備えている制御電源装置。
前記電装品箱（１）を収容する第１筐体（Ｃ１）と、
前記第１負荷回路（Ｌ１）及び前記第２負荷回路（Ｌ２）を収容する第２筐体（Ｃ２）と、
前記第１筐体（Ｃ１）と前記第２筐体（Ｃ２）とを互いに電気的に接続するコネクタ（４）と、
を備えている請求項１に記載の制御電源装置。
前記第１筐体（Ｃ１）内にあって、かつ、前記電装品箱（１）の外部に、前記電装品箱（１）から出力される電圧を降圧する降圧回路（３）が設けられている請求項２に記載の制御電源装置。
前記コネクタ（４）における電路の並びに関して、前記第１電源部（ＰＳ１）の電圧出力線と前記第２電源部（ＰＳ２）の電圧出力線との間にＧＮＤの電路が設けられている請求項２又は請求項３に記載の制御電源装置。
前記第２筐体（Ｃ２）の内部には、
前記コネクタ（４）に接続され、前記第１電源部（ＰＳ１）の出力及び前記第２電源部（ＰＳ２）の出力を受ける入出力基板（５）と、
ＣＰＵを搭載し、前記入出力基板（５）を通して前記第２電源部（ＰＳ２）の出力を受けるＣＰＵ基板（６）と、
が設けられている請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の制御電源装置。
前記第２筐体（Ｃ２）と同様の負荷回路を含む１又は複数の第３筐体（Ｃ３）を有し、前記コネクタは、前記第２筐体（Ｃ２）及び前記第３筐体（Ｃ３）を装着して電気的に互いに接続可能なスロット（１０）の形態を成している請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の制御電源装置。