JP7410874B2 - 電源供給装置および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、電圧を変換して出力する電源供給装置および空気調和機に関する。

従来、エアコンの室内機では、コンバータなどの電源供給装置を設けて、交流電圧を直流電圧に変換したり、電圧の昇圧・降圧を行ったりして、各部に適した電圧を得ていた。このような電源供給装置では、トランスを用いており、１次側と２次側とで絶縁しているのが一般的であった（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開２０１０－１３９１５８号公報 特開２０１６－２２０２６９号公報

特許文献１に記載のヒートポンプ式空気調和装置の室外機は、主制御回路と、交流商用電源を変換して直流電源を生成する電源回路と、室内機や他の室外機との間の通信を行う通信回路と、電源回路および主制御回路に接続され、電気的に絶縁された状態で電源回路から主制御回路に電源供給する第１電源と、電源回路および通信回路に接続され、電気的に絶縁された状態で電源回路から通信回路に電源供給する第２電源とを備えている。

特許文献２に記載の電力供給装置は、入力と出力との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータと、入力電流を制御する１次側コントローラと、制御入力信号を受信し、１次側コントローラにフィードバックする絶縁双方向回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を遮断するスイッチと、スイッチをオンオフ制御する２次側コントローラとを備えている。

上述したように、従来の電源供給装置では、１次側と２次側とで絶縁されているため、両者の間で充分な絶縁距離を確保しなければいけないという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、１次側回路と２次側回路とを絶縁せずに、絶縁距離等を省いた電源供給装置および空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る電源供給装置は、１次側から入力された電圧を変換して２次側へ出力するトランスと、前記トランスの１次側に接続された１次側回路と、前記トランスの２次側に接続された２次側回路とを備えた電源供給装置であって、前記１次側回路に設けられたグランドと前記２次側回路に設けられたグランドとは、電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明に係る電源供給装置は、前記１次側回路に接続された１次側負荷と、前記２次側回路に接続された制御部と、前記制御部からの信号を前記１次側負荷に伝える信号経路とを備え、前記１次側負荷と前記制御部とは、前記信号経路を介して電気的に接続されている構成としてもよい。

本発明に係る電源供給装置では、前記トランスの２次側には、付加回路が設けられ、前記付加回路は、前記２次側回路に対して、電気的に絶縁されている構成としてもよい。

本発明に係る電源供給装置は、前記１次側回路、前記２次側回路、および前記付加回路を収納する筐体を備え、前記付加回路は、前記筐体の開口部に設けられている構成としてもよい。

本発明に係る電源供給装置では、前記付加回路は、フォトカプラを介して信号が伝達される構成としてもよい。

本発明に係る空気調和機は、本発明に係る電源供給装置を備えることを特徴とする。

本発明によると、１次側回路と２次側回路とを絶縁しなくてもよいので、両者の間に設けていたフォトカプラ等の電子部品点数を削減することができ、絶縁距離等を省くことで基板の小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る電源供給装置を示す回路図である。 比較例における電源供給装置を示す回路図である。 本発明の第２実施形態に係る電源供給装置を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和機を示す外観図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る電源供給装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電源供給装置を示す回路図である。

本発明の第１実施形態に係る電源供給装置１（第１非絶縁回路１ａ）は、１次側から入力された電圧を変換して２次側へ出力するトランスＴと、トランスＴの１次側に接続された１次側回路２０と、トランスＴの２次側に接続された２次側回路４０とを備えている。

１次側回路２０には、第１入力端子ＮＴ１および第２入力端子ＮＴ２を介して、交流電源１０が接続されている。１次側回路２０は、ダイオードブリッジ部２１、平滑コンデンサ２２、１次側コイル２３、および電源ＩＣ２４で構成されている。ダイオードブリッジ部２１は、４つのダイオードをブリッジ接続して構成されており、交流電源１０から入力された交流電圧を全波整流する。平滑コンデンサ２２は、ダイオードブリッジ部２１から出力された電圧を平滑化し、１次側コイル２３へ出力する。電源ＩＣ２４は、トランスＴに接続されており、２次側回路４０に異なる電圧を出力させる。１次側回路２０における接地電位（グランド）は、まとめて共通グランド端子ＫＧＴに接続されている。

１次側回路２０には、１次側負荷として、ファンモータ３０が接続されている。ファンモータ３０には、平滑コンデンサ２２によって平滑化された電圧が供給される。ファンモータ３０は、後述する空気調和機２００を構成する部品である。

２次側回路４０は、２次側コイル４１、２次側ダイオード４２、２次側コンデンサ４３、および電圧調整部４４で構成されている。１次側コイル２３における電圧が、トランスＴを介して変圧されて、２次側コイル４１に生じる。２次側ダイオード４２および２次側コンデンサ４３は、２次側回路４０において、それぞれ３つずつ設けられており、３つの２次側ダイオード４２は、２次側コイル４１において、それぞれ巻き数が異なる箇所に接続されている。２次側コンデンサ４３は、２次側ダイオード４２と対になるように設けられ、２次側ダイオード４２からの出力と共通グランド端子ＫＧＴとの間に設けられている。

最も巻き数が多い箇所に接続された２次側ダイオード４２からの出力として、第１出力端子ＳＴ１および第２出力端子ＳＴ２が設けられている。第１出力端子ＳＴ１と第２出力端子ＳＴ２との間には、電圧調整部４４が設けられている。電圧調整部４４は、例えば、レギュレータであって、第１出力端子ＳＴ１と第２出力端子ＳＴ２とで出力される電圧が異なるように調整する。

２番目に巻き数が多い箇所に接続された２次側ダイオード４２からの出力は、第３出力端子ＳＴ３、ＰＣＩ７１、ステッピングモータ７２、およびブザー７３に接続されている。ＰＣＩ７１、ステッピングモータ７２、およびブザー７３は、２次側回路４０に接続された２次側負荷の一例であって、後述する空気調和機２００を構成する部品である。最も巻き数が少ない箇所に接続された２次側ダイオード４２からの出力は、第４出力端子ＳＴ４および制御部５０に接続されている。

制御部５０は、共通グランド端子ＫＧＴに接続されており、各部の動作を制御する信号を出力する。制御部５０は、ファンモータ３０に対する信号を信号経路ＳＲを介して伝える構成とされており、ファンモータ３０と制御部５０とは、信号経路ＳＲを介して電気的に接続されている。また、制御部５０は、ＰＣＩ７１、ステッピングモータ７２、およびブザー７３に対して、トランジスタ６０を介して信号を出力する構成とされている。本実施の形態において、制御部５０には、２つのトランジスタ６０が接続されているが、２次側負荷の数に応じて、設ける数を適宜調整してもよい。また、２つのトランジスタ６０におけるグランドは、それぞれ共通グランド端子ＫＧＴに接続されている。

本実施の形態において、第１出力端子ＳＴ１から出力される電圧は、１９Ｖであって、第２出力端子ＳＴ２から出力される電圧は、１５Ｖであって、第３出力端子ＳＴ３から出力される電圧は、１２Ｖであって、第４出力端子ＳＴ４から出力される電圧は、５Ｖである。

上述したように、１次側回路２０と２次側回路４０とは、共通のグランドとして共通グランド端子ＫＧＴに接続されており、互いに電気的に接続されている。ところで、従来のトランスを用いた変圧器では、１次側から２次側へノイズや雷サージなどが伝わらないように、１次側と２次側とで絶縁されているのが一般的である。そこで、本実施の形態との比較例として、従来の電源供給装置について、図２を参照して説明する。

図２は、比較例における電源供給装置を示す回路図である。

比較例における電源供給装置（以下では、絶縁回路１００と称す）は、第１実施形態と略同様の構成であるが、各部に接続されたグランドと信号経路ＳＲとに違いがある。具体的に、１次側回路２０は、１次側グランド端子ＧＴａに接続されており、２次側回路４０は、１次側グランド端子ＧＴａとは別にして設けられた２次側グランド端子ＧＴｂに接続されている。また、トランスＴの２次側では、制御部５０やトランジスタ６０も２次側グランド端子ＧＴｂに接続されている。つまり、比較例において、１次側と２次側とでは、それぞれに対応するグランドが設けられており、互いに絶縁されている。

そして、信号経路ＳＲでは、ファンモータ３０と制御部５０との間に、絶縁型伝達部１１０が設けられている。絶縁型伝達部１１０は、経路の数に応じたフォトカプラ１１１を有しており、フォトカプラ１１１に電圧を供給するための第１フォトカプラ端子ＦＴ１と第２フォトカプラ端子ＦＴ２とが設けられている。図２では、３つのフォトカプラ１１１を設けた構成を示している。

フォトカプラ１１１は、信号を光に変換して送受信する発光部と受光部とを有しており、発光部と受光部とで絶縁されている。つまり、比較例では、信号経路ＳＲにフォトカプラ１１１を設けることで、絶縁を保った状態で信号を伝達しているが、基板上では、フォトカプラ１１１を配置するためのスペースが必要になる。

これに対し、本実施の形態では、１次側回路２０と２次側回路４０とを絶縁していないので、両者の間に設けていたフォトカプラ等の電子部品点数を削減することができ、絶縁距離等を省くことで基板の小型化を図ることができる。さらに、１次側負荷（ファンモータ３０）と制御部５０とを信号経路ＳＲで直接繋いでいるので、両者の間に電子部品等を設ける必要がなく、部品点数を削減して、基板での省スペース化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る電源供給装置について、図面を参照して説明する。なお、第２実施形態に係る電源供給装置の構造については、第１実施形態と略同様であるので、同様の符号を付して説明および図面を省略する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る電源供給装置を示す回路図である。

本発明の第２実施形態に係る電源供給装置１（第２非絶縁回路１ｂ）は、第１実施形態に対して、付加回路９０が設けられている点で異なる。具体的に、付加回路９０は、２次側回路４０と別にして、トランスＴの２次側に設けられている。付加回路９０は、付加コイル９１、付加ダイオード９２、付加コンデンサ９３、ＰＣＩ７１、および付加伝達部９５で構成されている。なお、本実施の形態において、２次側回路４０に接続された２次側負荷は、ステッピングモータ７２およびブザー７３とされており、ＰＣＩ７１は、２次側回路４０に直に接続されていない。

付加コイル９１、付加ダイオード９２、および付加コンデンサ９３は、２次側回路４０における、２次側コイル４１、２次側ダイオード４２、および２次側コンデンサ４３と略同様にして接続されている。付加コイル９１には、２次側コイル４１と同様に、トランスＴを介して変圧された電圧が生じる。付加ダイオード９２は、付加コイル９１に接続され、出力側に第５出力端子ＳＴ５が設けられている。付加コンデンサ９３は、付加ダイオード９２からの出力と付加グランド端子ＧＴｃとの間に設けられている。また、付加ダイオード９２からの出力は、ＰＣＩ７１および付加伝達部９５を介して、付加グランド端子ＧＴｃに接続されている。本実施の形態において、第５出力端子ＳＴ５から出力される電圧は、１２Ｖである。但し、第５出力端子ＳＴ５からは、２次側回路４０の第３出力端子ＳＴ３に対して、絶縁された別の１２Ｖが出力される。

付加伝達部９５は、フォトカプラで構成されており、制御部５０からトランジスタ６０を介して信号を出力する付加経路ＨＲが設けられている。付加経路ＨＲでは、第３フォトカプラ端子ＦＴ３から付加伝達部９５に電圧を供給している。

付加回路９０では、２次側回路４０に接続された制御部５０から、付加経路ＨＲを介して信号が伝達されるが、フォトカプラを介している。さらに、付加回路９０のグランド（付加グランド端子ＧＴｃ）は、２次側回路４０のグランド（共通グランド端子ＫＧＴ）と独立しているため、付加回路９０と２次側回路４０とで絶縁されている。

このように、付加回路９０を設けることで、絶縁させたい負荷を選択して設計することができる。この際、付加回路９０にフォトカプラ（付加伝達部９５）を設けることで、絶縁を保ちつつ、信号の伝達を行うことができる。

次に、電源供給装置１を組み込む電子機器の一例として、空気調和機２００について説明する。

図４は、本発明の実施の形態に係る空気調和機を示す外観図である。

上述した電源供給装置１は、空気調和機２００の筐体に収納されている。空気調和機２００の筐体では、開いたルーバ２０１から風を吹き出しており、内部を露出させる開口部となっている。また、筐体の表面には、リモコンからの光を受光するリモコン受光部２０２が設けられている。

ルーバ２０１を設けた箇所では、物体の入り込みを防ぐためのメッシュや仕切りなどを設けてもよいが、内部から外部への流路を確保するため、少なからず開口を設ける必要があり、ユーザが指を差し入れるといった事態が想定される。また、露出した筐体の表面は、ユーザの接触を妨げるものがない。このように、ユーザが直接手を触れることができる箇所では、機器を絶縁して感電への対策を図ることが好ましい。空気調和機２００において、付加回路９０に接続する負荷としては、例えば、イオン発生ユニットやリモコン受光部２０２に接続された表示基板などが挙げられる。なお、空気調和機２００に内蔵された部品であっても、ステッピングモータ７２など、修理やメンテナンスの際に接触する可能性が高い部品を、付加回路９０に接続して絶縁してもよい。

なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

なお、この出願は、日本で２０１８年１２月６日に出願された特願２０１８－２２８９８５号に基づく優先権を請求する。その内容はこれに言及することにより、本出願に組み込まれるものである。また、本明細書に引用された文献は、これに言及することにより、その全部が具体的に組み込まれるものである。

１ 電源供給装置
１０ 交流電源
２０ １次側回路
２１ ダイオードブリッジ部
２２ 平滑コンデンサ
２３ １次側コイル
２４ 電源ＩＣ
３０ ファンモータ（１次側負荷の一例）
４０ ２次側回路
４１ ２次側コイル
４２ ２次側ダイオード
４３ ２次側コンデンサ
４４ 電圧調整部
５０ 制御部
６０ トランジスタ
７１ ＰＣＩ
７２ ステッピングモータ
７３ ブザー
ＫＧＴ 共通グランド端子
ＳＲ 信号経路

Claims (5)

1. １次側から入力された電圧を変換して２次側へ出力するトランスと、
   前記トランスの１次側に接続された１次側回路と、
   前記トランスの２次側に接続された２次側回路と、
   前記１次側回路に接続された１次側負荷と、
   前記２次側回路に接続された制御部と、
   前記制御部からの信号を前記１次側負荷に伝える信号経路とを備えた電源供給装置であって、
   前記１次側回路に設けられたグランドと前記２次側回路に設けられたグランドとは、電気的に接続され、
   前記１次側負荷と前記制御部とは、前記信号経路を介して電気的に接続されていること
   を特徴とする電源供給装置。
2. 請求項１に記載の電源供給装置であって、
   前記トランスの２次側には、付加回路が設けられ、
   前記付加回路は、前記２次側回路に対して、電気的に絶縁されていること
   を特徴とする電源供給装置。
3. 請求項２に記載の電源供給装置であって、
   前記１次側回路、前記２次側回路、および前記付加回路を収納する筐体を備え、
   前記付加回路は、前記筐体の開口部に設けられていること
   を特徴とする電源供給装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の電源供給装置であって、
   前記付加回路は、フォトカプラを介して信号が伝達されること
   を特徴とする電源供給装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の電源供給装置を備えた空気調和機。

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