JP7493676B2

JP7493676B2 - 電源回路、冷蔵庫及び空気調和機

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Publication number: JP7493676B2
Application number: JP2023510146A
Authority: JP
Inventors: 雄太宮▲崎▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2024-05-31
Anticipated expiration: 2041-04-02
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Description

本開示は、スイッチング制御を行う電源回路、冷蔵庫及び空気調和機に関する。

従来、ＤＣ（Direct Current）電圧について降圧を行うと共に、１次側と２次側との電気的絶縁を確保するために、１次－２次絶縁型トランスとスイッチングＦＥＴ（Field Effect Transistor）とを使用するフライバック方式のＤＣ－ＤＣ変換回路が搭載されている制御基板が搭載された冷蔵庫及び空気調和機が存在する。以下では、上記の１次－２次絶縁型トランスは「トランス」と記載される。上記のＤＣ－ＤＣ変換回路は、ＡＣ（Alternating Current）電源の整流を行うダイオードブリッジとダイオードブリッジからの出力電圧を平滑するための電解コンデンサとを有するＡＣ－ＤＣ整流回路と、負荷とに接続される。負荷の例は、モータ、照明、ヒータ又はセンサである。

従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、スイッチングＦＥＴのソースとグラウンドとの間に、スイッチングＦＥＴのドレインとソースとの間を流れる電流であるドレイン電流を検出するための抵抗であるドレイン電流検出抵抗を有する。従来のＤＣ－ＤＣ変換回路がドレイン電流検出抵抗を有することにより、スイッチングＦＥＴのソースの側にはドレイン電流に比例した電圧が印加される。当該電圧は、ドレイン電流検出抵抗の両端の電圧である。

従来のＤＣ－ＤＣ変換回路では、負荷が重くスイッチングＦＥＴのオンの時間が長くなるほど、つまりオンデューティが大きくなるほど、ドレイン電流検出抵抗に印加される電圧のピーク値は高くなる。ドレイン電流検出抵抗の両端の電圧があらかじめ決められた電圧を超えた場合に２次側が過負荷で異常状態にあると判断し、種々の部品を保護するためにスインチングＦＥＴのスイッチング動作を停止させる電源回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－２２６８０７号公報

ドレイン電流検出抵抗によってドレイン電流を電流に比例する電圧として検知し、２次側の過負荷を検知し、スイッチングを停止させる制御は、特許文献１以外においても広く普及している。

冷蔵庫及び空気調和機の負荷は、例えばモータ、照明、ヒータ又はセンサというように多種多様で、主としてマイクロコンピュータによって制御される。状態をフィードバックすることができる負荷と、状態をフィードバックすることができない負荷とが存在する。状態をフィードバックすることができる負荷の例は、回転数を検知することが可能なファンモータである。状態をフィードバックすることができない負荷の例は、回転数及び電流量を検知することができないＤＣモータ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明、又はヒータである。

状態をフィードバックすることができない負荷に異常が発生し、負荷に過電流が流れ続けたとしても、マイクロコンピュータは負荷に過電流が流れ続けていることを検知することができない。このため、従来の技術には、異常な過電流が流れることが継続しても安全で、大型で高価な部品を搭載することが必要である、異常を検知することができないため、異常状態が継続し、冷蔵庫又は空気調和機の全部又は一部の機能の喪失が継続してしまう、という課題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、小型で安価な部品によって構成される電源回路を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る電源回路は、交流電源と負荷との間に配置される電源回路であって、１次巻線及び２次巻線を含むトランスと、１次巻線に流れる電流を断続するスイッチング素子と、スイッチング素子が行う動作を制御するスイッチング素子制御回路と、２次巻線の電圧を整流して平滑する整流平滑回路と、２次巻線の側の出力電圧を検知するフィードバック検知回路と、フィードバック検知回路から出力電圧のフィードバックを受けて負荷を制御する負荷制御用マイクロコンピュータとを有する。フィードバック検知回路は、負荷制御用マイクロコンピュータのフィードバック端子とＧＮＤとの間に接続され、２次巻線の側の負荷に流れる電流の量に対応して印加電圧が上下するコンデンサを含む。負荷制御用マイクロコンピュータは、コンデンサの印加電圧をもとに負荷に流れる電流の量を検知する機能を有する。

本開示に係る電源回路は、小型で安価な部品によって構成することができる、負荷の電流量を負荷制御用マイクロコンピュータにフィードバックできるという効果を奏する。

従来のＤＣ－ＤＣ変換回路の構成を示す図従来のＤＣ－ＤＣ変換回路が有する電源ＩＣ（Integrated Circuit）の内部の構成を示す図従来のＤＣ－ＤＣ変換回路において、負荷が重負荷である場合の経過時間に対するＦＢ端子の電圧の変化を示すグラフ従来のＤＣ－ＤＣ変換回路において、負荷が重負荷である場合の経過時間に対するドレイン電流検出抵抗の両端の電圧の変化を示すグラフ従来のＤＣ－ＤＣ変換回路において、負荷が軽負荷である場合の経過時間に対するＦＢ端子の電圧の変化を示すグラフ従来のＤＣ－ＤＣ変換回路において、負荷が軽負荷である場合の経過時間に対するドレイン電流検出抵抗の両端の電圧の変化を示すグラフ実施の形態１に係る電源回路の構成を示す図実施の形態１に係る電源回路が有する中継回路に関連する形態の第１の例を説明するための図実施の形態１に係る電源回路が有する中継回路に関連する形態の第２の例を説明するための図実施の形態２に係る電源回路の構成を示す図実施の形態２に係る電源回路が有する中継回路に関連する形態の第１の例を説明するための図実施の形態３に係る冷蔵庫の構成を示す図実施の形態４に係る冷蔵庫の構成を示す図実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図実施の形態６に係る空気調和機の構成を示す図

以下に、実施の形態に係る電源回路、冷蔵庫及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。

＜従来のＤＣ－ＤＣ変換回路の構成及び動作例＞
実施の形態に係る電源回路を説明するために、まず、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路を説明する。以下で説明される従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、フライバック方式の一般的なスイッチング電源回路である。

図１は、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路の構成を示す図である。図２は、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路が有する電源ＩＣ１０４の内部の構成を示す図である。

従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、１次ＤＣ電圧を生成する回路と負荷の間に配置される。１次ＤＣ電圧を生成する回路は、ＡＣ電源１０１に接続され、整流ダイオードブリッジ１０２と、１次平滑コンデンサ１０３とを有する。１次平滑コンデンサ１０３は、電解コンデンサである。１次ＤＣ電圧を生成する回路には、例えばコモンモードコイル、ヒューズ、Ｘコンデンサ及びＹンデンサといった構成部品が含まれていてもよい。

従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、１次ＤＣ電圧をスイッチングする電源ＩＣ１０４を有する。電源ＩＣ１０４は、後述される１次巻線ＮＰに流れる電流を断続するスイッチングＦＥＴ２０１を有する。スイッチングＦＥＴ２０１は、スイッチング素子の例である。電源ＩＣ１０４は、スイッチングＦＥＴ２０１が行う動作を制御するスイッチング素子制御回路２０２と、起動回路２０３と、定電流回路２０４と、過電圧保護回路２０５と、過電流保護回路２０６と、過負荷保護回路２０７とがワンパッケージ化された電源ＩＣである。電源ＩＣ１０４は、接続端子として、ＤＲＡＩＮ端子１０４１、ＳＯＵＲＣＥ端子１０４２、ＶＣＣ端子１０４３、ＦＢ（Feedback）端子１０４４及びＧＮＤ端子１０４５を有する。

従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、トランス１０５を有する。トランス１０５は、１次巻線ＮＰと、２次巻線ＮＳと、バイアス巻線ＮＢとを有する。従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、スイッチングＦＥＴ２０１に流れる電流の値を電圧値に変換するためのドレイン電流検出抵抗１０６を有する。スイッチングＦＥＴ２０１に流れる電流は、ドレイン電流である。従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、バイアス巻線ＮＢについての整流ダイオード１０７と、整流ダイオード１０７についての電流制限抵抗１０８と、バイアス巻線ＮＢについての平滑コンデンサ１０９とを有する。

従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、２次側ＤＣ電圧に関連する整流平滑回路を有する。２次側ＤＣ電圧に関連する整流平滑回路は、２次巻線ＮＳの電圧を整流して平滑する回路であって、２次巻線ＮＳについての整流ダイオード１１０及び平滑コンデンサ１１１を有し、負荷１１２に接続される。例えば、負荷１１２はモータである。従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、ＡＣ電源１０１と負荷１１２との間に配置される。

従来のＤＣ－ＤＣ変換回路は、２次側ＤＣ電圧を１次巻線ＮＰの側に配置されている電源ＩＣ１０４にフィードバックする回路を有する。２次側ＤＣ電圧を電源ＩＣ１０４にフィードバックする回路は、２次巻線ＮＳの側の出力電圧を検知して、出力電圧を電源ＩＣ１０４にフィードバックするフィードバック検知回路である。フィードバック検知回路は、フォトカプラ１１３と、シャントレギュレータ１１４と、フィードバック制御を安定させるためのコンデンサ１１５と、フォトカプラ１１３のフォトダイオードについての電流制限抵抗１１６とを有する。コンデンサ１１５の印加電圧は、２次巻線ＮＳの側の負荷１１２に流れる電流の量に対応して上下する。フィードバック検知回路は、シャントレギュレータ１１４についての電流供給用抵抗１１７と、シャントレギュレータ１１４についての位相補償コンデンサ１１８と、シャントレギュレータ１１４についての位相補償抵抗１１９と、２次側ＤＣ電圧を調整するレギュレーション抵抗１２０，１２１とを更に有する。

通常の動作において、ＡＣ電源１０１から従来のＤＣ－ＤＣ変換回路に入力されたＡＣ商用電源は、整流ダイオードブリッジ１０２で全波整流されて１次平滑コンデンサ１０３に１次側ＤＣ電圧として供給される。１次側ＤＣ電圧は、トランス１０５を介し、電源ＩＣ１０４のＤＲＡＩＮ端子１０４１に供給され、電源ＩＣ１０４の内部の起動回路２０３によってＶＣＣ端子１０４３に供給され、バイアス巻線ＮＢについての平滑コンデンサ１０９に供給される。

電源ＩＣ１０４のＶＣＣ端子１０４３の電圧があらかじめ決められた電圧以上となるまで電源ＩＣ１０４が給電されると、電源ＩＣ１０４の内部の起動回路２０３は遮断され、バイアス巻線ＮＢについての平滑コンデンサ１０９への給電は停止する。そうすると、電源ＩＣ１０４の内部のスイッチング素子制御回路２０２が起動し、スイッチング素子制御回路２０２はスイッチングＦＥＴ２０１を導通状態にさせる。そうすると、トランス１０５の１次巻線ＮＰに１次側ＤＣ電圧が印加され、バイアス巻線ＮＢに１次巻線ＮＰと同極側を正とする電圧が誘起電圧として印加される。

２次巻線ＮＳにも誘起電圧が印加されるが、２次巻線ＮＳに印加される誘起電圧は、２次巻線ＮＳについての整流ダイオード１１０のアノードの側を負とする電圧であるため、２次側には伝達されない。従って、１次巻線ＮＰに流れる電流はトランス１０５の励磁電流のみであり、トランス１０５には励磁電流の二乗に比例したエネルギが蓄積される。当該励磁電流は、時間の経過に従って大きくなる。バイアス巻線ＮＢに誘起された電圧は、バイアス巻線ＮＢについての整流ダイオード１０７と、整流ダイオード１０７についての電流制限抵抗１０８とを介し、バイアス巻線ＮＢについての平滑コンデンサ１０９に供給され、電源が電源ＩＣ１０４に供給される。

次に、電源ＩＣ１０４の内部のスイッチング素子制御回路２０２がスイッチングＦＥＴ２０１の状態を導通状態から非導通状態に切り替えると、トランス１０５が有する１次巻線ＮＰ、２次巻線ＮＳ及びバイアス巻線ＮＢの各々にはスイッチングＦＥＴ２０１が導通状態である場合と逆極性の電圧が印加され、２次巻線ＮＳには２次巻線ＮＳについての整流ダイオード１１０のアノードの側を正とする電圧が誘起される。

トランス１０５に蓄積されたエネルギをもとにする電流は、２次巻線ＮＳについての整流ダイオード１１０で整流され、平滑コンデンサ１１１で平滑されて２次側ＤＣ電圧出力となり負荷１１２に供給される。以降、スイッチングＦＥＴ２０１が導通状態と非導通状態とを繰り返すと、バイアス巻線ＮＢについての平滑コンデンサ１０９はスイッチング周期で給電され、電源ＩＣ１０４への安定した電源の供給が行われる。

２次側ＤＣ電圧出力の電圧安定化制御は次のように行われる。まず、２次側ＤＣ電圧出力が２次側ＤＣ電圧を調整するレギュレーション抵抗１２０，１２１により分圧され、分圧された後の電圧がシャントレギュレータ１１４のリファレンス端子Ｖｒｅｆに入力される。シャントレギュレータ１１４についての位相補償コンデンサ１１８及び位相補償抵抗１１９は、位相のズレをコントロールして回路の安定動作を図る。

シャントレギュレータ１１４のリファレンス端子Ｖｒｅｆに入力された電圧がシャントレギュレータ１１４の内部のリファレンス電圧よりも高ければ、シャントレギュレータ１１４のカソードＫとアノードＡとの間が導通する。リファレンス端子Ｖｒｅｆに入力された電圧がシャントレギュレータ１１４の内部のリファレンス電圧よりも低ければ、シャントレギュレータ１１４のカソードＫとアノードＡとの間が遮断される。これによって、フォトカプラ１１３のフォトダイオードに電流が導通する、又はフォトダイオードへの電流が遮断されることで、１次側に２次側の電圧がフィードバックされる。

電源ＩＣ１０４のＦＢ端子１０４４からは電源ＩＣ１０４の内部の定電流回路２０４からの一定の電流が流れ出ており、当該電流によりフィードバック制御を安定させるためのコンデンサ１１５に給電される。フォトカプラ１１３のフォトトランジスタはフォトダイオードに電流が流れると導通し、フィードバック制御を安定させるためのコンデンサ１１５から電荷が引き抜かれると、ＦＢ端子１０４４の電圧が下がる。

よって、スイッチングＦＥＴ２０１を制御するスイッチング素子制御回路２０２は、ＦＢ端子１０４４の電圧を監視し、スイッチングを制御することで、２次側ＤＣ電圧を調整する。負荷１１２が軽負荷である場合、ＦＢ端子１０４４の電圧は低くなり、負荷１１２が重負荷である場合、ＦＢ端子１０４４の電圧は大きくなる。ＦＢ端子１０４４の電圧が低い場合、電源ＩＣ１０４は、ＦＢ端子１０４４の電圧に対応して増減するドレイン電流のピーク目標電圧を低くすることを決定する。

電源ＩＣ１０４は、ドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧とドレイン電流のピーク目標電圧とを比較し、ドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧がドレイン電流のピーク目標電圧と近くなるように制御を行う。そのため、ドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧ピーク値は低くなる。ＦＢ端子１０４４の電圧が高い場合、ドレイン電流のピーク目標電圧は高くなり、ドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧ピーク値は高くなる。

従って、負荷１１２が重負荷であれば、図３に示されるようにＦＢ端子１０４４の電圧が高くなり、図４に示されるようにドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧のピーク値が高くなってオンデューティが大きくなり、負荷１１２が軽負荷であれば、図５に示されるようにＦＢ端子１０４４の電圧が低くなり、図６に示されるようにドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧のピーク値が低くなってオンデューティが小さくなることで、トランス１０５を介して１次巻線ＮＰの側から２次巻線ＮＳの側へ伝達する電力が調整され、負荷１１２の程度にかかわらず２次側出力電圧を一定にする制御が行われる。

図３は、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路において、負荷１１２が重負荷である場合の経過時間に対するＦＢ端子１０４４の電圧の変化を示すグラフである。重負荷は、異常負荷である。図４は、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路において、負荷１１２が重負荷である場合の経過時間に対するドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧の変化を示すグラフである。図５は、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路において、負荷１１２が軽負荷である場合の経過時間に対するＦＢ端子１０４４の電圧の変化を示すグラフである。軽負荷は、正常負荷である。図６は、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路において、負荷１１２が軽負荷である場合の経過時間に対するドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧の変化を示すグラフである。

電源ＩＣ１０４のスイッチングＦＥＴ２０１を制御するスイッチング素子制御回路２０２にフィードバックされる、ドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧又は電源ＩＣ１０４のＦＢ端子１０４４の電圧を、２次側の負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にもフィードバックすることで、本開示の効果が得られる。

実施の形態１．
図７は、実施の形態１に係る電源回路１の構成を示す図である。電源回路１は、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路が有するすべての構成要素を有する。電源回路１は、ドレイン電流検出抵抗１０６の二つの端部のうちの電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２に接続されている端部に接続されている中継回路３０１と、中継回路３０１に接続されているＡＤ（Analog Digital）変換回路１２３と、ＡＤ変換回路１２３に接続されている１次－２次間絶縁通信回路１２４と、ＡＤ変換回路１２３に接続されている分圧抵抗１２５，１２６とを更に有する。１次－２次間絶縁通信回路１２４は、負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にも接続されている。分圧抵抗１２５は、１次平滑コンデンサ１０３にも接続されている。分圧抵抗１２５，１２６は、１次平滑コンデンサ１０３への印加電圧について分圧する機能を有する。

中継回路３０１、ＡＤ変換回路１２３、１次－２次間絶縁通信回路１２４及び分圧抵抗１２５，１２６は、ドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧を負荷制御用マイクロコンピュータ１２２へフィードバックする回路を構成する。図７に示されるように、電源回路１は、電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２の電圧を、つまりドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧を、負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にもフィードバックする。

電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２が、中継回路３０１を介して１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに接続されている。ＡＤ変換回路１２３は、１次－２次間の絶縁機能を有する１次－２次間絶縁通信回路１２４を介して、ＳＯＵＲＣＥ端子１０４２の電圧を、負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にフィードバックし、負荷制御用マイクロコンピュータ１２２は負荷１１２に流れる電流の量を計算する。つまり、負荷制御用マイクロコンピュータ１２２は、ドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧の値をもとに負荷１１２に流れる電流の量を検知する機能を有する。

負荷１１２は、複数の負荷が並列に接続されたものである。各負荷の動作状況を踏まえ、異常な過電流と判断する基準値は、各負荷の状態が考慮され、負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２によって都度決定される。

負荷１１２に流れる電流の量が同じでも、１次平滑コンデンサ１０３の電圧が変化すると、ＳＯＵＲＣＥ端子１０４２への印加電圧は変化する。そのため、例えば、ＡＣ電源１０１から印加されるＡＣ電圧が変動する場合、又はＡＣ電圧が整流された後の１次平滑コンデンサ１０３のリップル電圧の影響を無視することができない場合、分圧抵抗１２５，１２６を介し、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートへの１次平滑コンデンサ１０３の印加電圧の変動を検知する印加電圧検知回路が設けられ、印加電圧検知回路が１次平滑コンデンサ１０３の印加電圧も加味して負荷１１２に流れる電流の量を計算してもよい。

分圧抵抗１２５，１２６と、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートとの間には、例えばノイズフィルタ回路が配置されてもよい。

次に、中継回路３０１に関連する形態の例を示す。中継回路３０１に関連する形態は、後述される例に限定されない。

（１）図８は、実施の形態１に係る電源回路１が有する中継回路３０１に関連する形態の第１の例を説明するための図である。第１の例では、中継回路３０１は増幅器３０２である。図８に示されるように、電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２が増幅器３０２の入力部に接続されている。図８では、増幅器３０２の入力部には「＋」の文字が付与されている。増幅器３０２の接地されている側の部位には、「－」の文字が付与されている。

増幅器３０２の出力部は、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに接続されている。増幅器３０２の入力電圧は増幅され、増幅器３０２の出力はＡＤ変換回路１２３に与えられる。増幅器３０２は、入力インピーダンスが比較的高い構成要素である。増幅器３０２は、設定された倍率によって、電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２の電圧を、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートが認識することができる電圧に増幅する。ＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに印加される電圧は監視され、負荷１１２に流れる電流量の程度が判別される。

（２）図９は、実施の形態１に係る電源回路１が有する中継回路３０１に関連する形態の第２の例を説明するための図である。第２の例では、図９に示されるように、中継回路３０１は、コンパレータ３０３と、整流ダイオード３０５と、整流ダイオード３０５についての電流制限抵抗３０６と、平滑コンデンサ３０７と、平滑コンデンサ３０７についての放電抵抗３０８とを有する。電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２がコンパレータ３０３の第１の入力部に接続されている。図９では、コンパレータ３０３の第１の入力部には「＋」の文字が付与されている。任意の参照電圧ＶＲ３０４が用意されており、コンパレータ３０３の第２の入力部には、「－」の文字が付与されていて、任意の参照電圧ＶＲ３０４が印加される。

コンパレータ３０３の出力部は、整流ダイオード３０５のアノードの側と接続されている。整流ダイオード３０５のカソードの側が、整流ダイオード３０５についての電流制限抵抗３０６を介して、平滑コンデンサ３０７と、平滑コンデンサ３０７についての放電抵抗３０８と、１次巻線ＮＰの側に配置されるＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートとに接続されている。

コンパレータ３０３に入力された任意の参照電圧ＶＲ３０４より電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２の電圧が高くなると、コンパレータ３０３の出力がハイとなり、平滑コンデンサ３０７が給電される。平滑コンデンサ３０７が給電されたことによって平滑コンデンサ３０７に蓄えられた電荷は、平滑コンデンサ３０７についての放電抵抗３０８によって時間の経過とともに放電される。負荷１１２に流れる電流が大きいほど、電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２の電圧が任意の参照電圧ＶＲ３０４を上回っている時間が長くなるため、単位時間当たりの平滑コンデンサ３０７へのチャージ量は増え、１次巻線ＮＰの側に搭載されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに印加される電圧は高くなる。

負荷１１２に流れる電流が小さければ、電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２の電圧が任意の参照電圧ＶＲ３０４を上回っている時間が短いため、単位時間当たりの平滑コンデンサ３０７への電荷のチャージ量は減り、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに印加される電圧は低くなる。従って、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに入力された電圧を監視することにより、負荷１１２に流れる電流の量の程度を判別することができる。

（３）電源回路１が有する中継回路３０１に関連する形態の第３の例では、電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２は、中継回路３０１を介さずに、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに接続されている。スイッチングＦＥＴ２０１を制御するスイッチング素子制御回路２０２は、ＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに印加される電圧を監視し、負荷１１２に流れる電流の程度を判別する。

ＡＤ変換回路１２３は、マイクロコンピュータに置き換えられてもよい。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係る電源回路１Ａの構成を示す図である。電源回路１Ａは、従来のＤＣ－ＤＣ変換回路が有するすべての構成要素を有する。電源回路１Ａは、電源ＩＣ１０４のＦＢ端子１０４４に接続されている中継回路４０１と、中継回路４０１に接続されているＡＤ変換回路１２３と、ＡＤ変換回路１２３に接続されている１次－２次間絶縁通信回路１２４と、ＡＤ変換回路１２３に接続されている分圧抵抗１２５，１２６とを更に有する。１次－２次間絶縁通信回路１２４は、負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にも接続されている。分圧抵抗１２５は、１次平滑コンデンサ１０３にも接続されている。実施の形態２では、実施の形態１に係る電源回路１が有する中継回路３０１が中継回路４０１に置き換えられている。

中継回路４０１、ＡＤ変換回路１２３、１次－２次間絶縁通信回路１２４及び分圧抵抗１２５，１２６は、コンデンサ１１５への印加電圧を負荷制御用マイクロコンピュータ１２２へフィードバックする回路を構成する。図１０に示されるように、電源回路１Ａは、電源ＩＣ１０４のＦＢ端子１０４４の電圧を、つまりフィードバック制御を安定させるためのコンデンサ１１５の両端の電圧を、負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にもフィードバックする。

電源ＩＣ１０４のＦＢ端子１０４４が、中継回路４０１を介して１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに接続されている。ＡＤ変換回路１２３は、１次－２次間の絶縁機能を有する１次－２次間絶縁通信回路１２４を介して、負荷１１２に流れる電流の量を、負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にフィードバックする。負荷制御用マイクロコンピュータ１２２は、コンデンサ１１５への印加電圧をもとに負荷１１２に流れる電流の量を検知する機能を有する。

負荷１１２に流れる電流の量が同じでも、１次平滑コンデンサ１０３の電圧が変化すると、ＦＢ端子１０４４への印加電圧は変化する。そのため、例えば、ＡＣ電源１０１から印加されるＡＣ電圧が変動する場合、又はＡＣ電圧が整流された後の１次平滑コンデンサ１０３のリップル電圧の影響を無視することができない場合、分圧抵抗１２５，１２６を介し、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートへの１次平滑コンデンサ１０３の印加電圧の変動を検知する印加電圧検知回路が設けられ、当該印加電圧検知回路が１次平滑コンデンサ１０３の印加電圧も加味して負荷１１２に流れる電流の量を計算してもよい。

次に、中継回路４０１に関連する形態の例を示す。中継回路４０１に関連する形態は、後述される例に限定されない。

（１）図１１は、実施の形態２に係る電源回路１Ａが有する中継回路４０１に関連する形態の第１の例を説明するための図である。第１の例では、中継回路４０１は増幅器４０２である。図１１に示されるように、電源ＩＣ１０４のＦＢ端子１０４４が増幅器４０２の入力部に接続されている。図１１では、増幅器４０２の入力部には「＋」の文字が付与されている。増幅器４０２の接地されている側の部位には、「－」の文字が付与されている。

増幅器４０２の出力部は、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに接続されている。増幅器４０２の入力電圧は増幅され、増幅器４０２の出力部はＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに与えられる。増幅器４０２は、入力インピーダンスが比較的高い構成要素である。増幅器４０２は、設定された倍率によって、電源ＩＣ１０４のＦＢ端子１０４４の電圧を、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートが認識することができる電圧に増幅する。１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに印加される電圧は監視され、負荷１１２が重負荷であるか軽負荷であるかが判別される。

（２）電源回路１Ａが有する中継回路４０１に関連する形態の第２の例では、電源ＩＣ１０４のＦＢ端子１０４４は、中継回路４０１を介さずに、１次巻線ＮＰの側に配置されているＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに接続されている。ＡＤ変換回路１２３のＡＤ入力ポートに印加される電圧は監視され、負荷１１２が重負荷であるか軽負荷であるかが判別される。

ＤＣ－ＤＣ変換回路は、負荷に想定されうる異常が発生して負荷が重負荷となることも想定して設計する必要がある。例えば、正常動作時に０．５Ａの電流が流れ、ロック時に１Ａの電流が流れ、フィードバックのない２次側の負荷であるＤＣモータをマイクロコンピュータでオン及びオフにする場合、ロックの発生時にもＤＣ－ＤＣ変換回路が安全な状態で動作し続けるには、ロック時に１Ａの電流が流れ続けたときでもトランスの温度及びスイッチングＦＥＴのジャンクション温度が定格以下となるよう、例えば大型のトランスと、オン抵抗が小さいＦＥＴが搭載されている電源ＩＣとを実装する必要があり、高価かつ大型な部品の選定を行う必要がある。上記のロックは、異常である。

実施の形態１又は実施の形態２で説明された電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２の電圧を、つまりドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧を、又はＦＢ端子１０４４の電圧を、負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にもフィードバックすることで、負荷制御用マイクロコンピュータ１２２は負荷１１２の異常を検知することができ、負荷１１２を停止することで、ロック時に１Ａの電流が流れることは継続しないことになる。例えば、上記の異常は、ＤＣモータのロックである。

即ち、実施の形態１又は実施の形態２で説明された技術を用いれば、ロック時に１Ａの電流が流れ続けることを想定しなくてもよく、より小型のトランス、及びオン抵抗の大きいＦＥＴが搭載された電源ＩＣを実装することができ、安価かつ小型の部品の選定が可能となる。更に言うと、実施の形態１に係る電源回路１又は実施の形態２に係る電源回路１Ａが有するトランス１０５及びスイッチングＦＥＴ２０１の小型化が可能となる。つまり、電源回路１及び電源回路１Ａは、小型で安価な部品によって構成することができる。

実施の形態１又は実施の形態２で説明された技術を用いれば、フィードバックのない２次側の負荷について、過電流の異常検知が可能となる。また、負荷の状態をフィードバックすることにより、過電流が流れている異常な状態と判断するまでに時間を要する負荷の過電流検出スピードの向上が可能となる。

例えば、正常動作時に０．５Ａの電流が流れ、ロック時に１Ａの電流が流れ、フィードバックのない２次側の負荷であるＤＣモータをマイクロコンピュータでオン及びオフする場合、実施の形態１又は実施の形態２で説明された電源ＩＣ１０４のＳＯＵＲＣＥ端子１０４２の電圧を、つまりドレイン電流検出抵抗１０６の両端の電圧を、又はＦＢ端子１０４４の電圧を、負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２にもフィードバックすることで、負荷制御用マイクロコンピュータ１２２は、負荷１１２の異常を検知することができる。例えば、上記の異常はＤＣモータのロックである。負荷制御用マイクロコンピュータ１２２が、負荷１１２が異常であることを検知した場合、負荷１１２の停止、応急動作への移行、又は異常記録データの記憶装置への書込みが可能となる。

具体的な異常の発生の一例として、フィードバックが行われないＤＣファンモータが冷蔵庫に搭載されていて、着霜が発生し、ＤＣファンモータがロック状態であることを仮定する。過電流の異常を検知する機能が無ければ、マイクロコンピュータは、異常が発生しているか否かを判別することはできず、冷蔵庫の冷却不良につながってしまう。

しかし、過電流の異常を検知する機能があれば、例えば、ＤＣファンモータの付近に設置されたヒータの駆動、若しくは冷却装置の一時的な停止といったＤＣファンの除霜動作へ移行すること、正常な状態へ復帰するような応急運転に移行すること、ＤＣファンのロック異常履歴を記憶装置に書き込むこと、又は、冷蔵庫の風路不良の故障解析に役立たせることを行うことができる。上記の記憶装置の例は、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）である。

実施の形態１又は実施の形態２で説明された電源ＩＣ１０４は、電源ＩＣ１０４の内部にスイッチング素子であるスイッチングＦＥＴ２０１を有する。スイッチング素子は、電源ＩＣの外部に配置されてもよい。電源回路の構成は、図７又は図１０に示された構成に限定されない。実施の形態１又は実施の形態２の構成と異なった構成で、スイッチング素子の電流を検出する抵抗、又は、スイッチング素子を制御する制御回路の端子であって２次側の負荷の増減に応じて印加電圧が変化する端子を監視し、２次側の負荷１１２を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ１２２を有する構成、でもよい。図２に示された電源ＩＣ１０４の内部の構成は一例であり、電源ＩＣ１０４の内部の構成は図２に示された構成に限定されない。

実施の形態１及び実施の形態２では、スイッチング素子はスイッチングＦＥＴ２０１であるが、スイッチング素子はＦＥＴに限定されない。

実施の形態３．
図１２は、実施の形態３に係る冷蔵庫１０の構成を示す図である。冷蔵庫１０は、制御基板１１と負荷１４を有する。制御基板１１には電源回路１２と、負荷制御用マイクロコンピュータ１３と記憶装置１５とを有する。電源回路１２は、実施の形態１に係る電源回路１、又は実施の形態２に係る電源回路１Ａである。例えば、記憶装置１５の一部は半導体メモリである。冷蔵庫１０は、負荷１４への異常電流を検知した後に負荷制御用マイクロコンピュータ１３が負荷１４を停止させる動作又は異常時の動作への移行を行う機能、異常を解消する応急動作へ移行する機能、及び、異常の発生を示す情報を記憶装置１５へ記憶する機能を有する。

実施の形態４．
図１３は、実施の形態４に係る冷蔵庫２０の構成を示す図である。冷蔵庫２０は、制御基板２１と負荷２４を有する。制御基板２１には電源回路２２と、負荷制御用マイクロコンピュータ２３とを有する。電源回路２２は、実施の形態１に係る電源回路１、又は実施の形態２に係る電源回路１Ａである。冷蔵庫２０は、負荷２４への異常電流を検知した後に負荷制御用マイクロコンピュータ２３が負荷２４を停止させる動作又は異常時の動作への移行を行う機能、を有し、本機能によって電源回路２２の構成部品の小型化を図る。

実施の形態５．
図１４は、実施の形態５に係る空気調和機３０の構成を示す図である。空気調和機３０は、制御基板３１と負荷３４を有する。制御基板３１には電源回路３２と、負荷制御用マイクロコンピュータ３３と記憶装置３５とを有する。電源回路３２は、実施の形態１に係る電源回路１、又は実施の形態２に係る電源回路１Ａである。例えば、記憶装置３５の一部は半導体メモリである。空気調和機３０は、負荷３４への異常電流を検知した後に負荷制御用マイクロコンピュータ３３が負荷３４を停止させる動作又は異常時の動作への移行を行う機能、異常を解消する応急動作へ移行する機能、及び、異常の発生を示す情報を記憶装置３５へ記憶する機能を有する。

実施の形態６．
図１５は、実施の形態６に係る空気調和機４０の構成を示す図である。空気調和機４０は、制御基板４１と負荷４４を有する。制御基板４１には電源回路４２と、負荷制御用マイクロコンピュータ４３とを有する。電源回路４２は、実施の形態１に係る電源回路１、又は実施の形態２に係る電源回路１Ａである。空気調和機４０は、負荷４４への異常電流を検知した後に負荷制御用マイクロコンピュータ４３が負荷４４を停止させる動作又は異常時の動作への移行を行う機能、を有し、本機能によって電源回路４２の構成部品の小型化を図る。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

１，１Ａ，１２，２２，３２，４２電源回路、１０，２０冷蔵庫、１１，２１，３１，４１制御基板、１３，２３，３３，４３，１２２負荷制御用マイクロコンピュータ、１４，２４，３４，４４，１１２負荷、１５，３５記憶装置、３０，４０空気調和機、１０１ＡＣ電源、１０２整流ダイオードブリッジ、１０３１次平滑コンデンサ、１０４電源ＩＣ、１０５トランス、１０６ドレイン電流検出抵抗、１０７，１１０，３０５整流ダイオード、１０８，１１６，３０６電流制限抵抗、１０９，１１１，３０７平滑コンデンサ、１１３フォトカプラ、１１４シャントレギュレータ、１１５コンデンサ、１１７電流供給用抵抗、１１８位相補償コンデンサ、１１９位相補償抵抗、１２０，１２１レギュレーション抵抗、１２３ＡＤ変換回路、１２４１次－２次間絶縁通信回路、１２５，１２６分圧抵抗、２０１スイッチングＦＥＴ、２０２スイッチング素子制御回路、２０３起動回路、２０４定電流回路、２０５過電圧保護回路、２０６過電流保護回路、２０７過負荷保護回路、３０１，４０１中継回路、３０２，４０２増幅器、３０３コンパレータ、３０８放電抵抗、１０４１ＤＲＡＩＮ端子、１０４２ＳＯＵＲＣＥ端子、１０４３ＶＣＣ端子、１０４４ＦＢ端子、１０４５ＧＮＤ端子、ＮＰ１次巻線、ＮＳ２次巻線、ＮＢバイアス巻線。

Claims

交流電源と負荷との間に配置される電源回路であって、
１次巻線及び２次巻線を有するトランスと、
前記１次巻線に流れる電流を断続するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子が行う動作を制御するスイッチング素子制御回路と、
前記２次巻線の電圧を整流して平滑する整流平滑回路と、
前記２次巻線の側の出力電圧を検知するフィードバック検知回路と、
前記フィードバック検知回路から前記出力電圧のフィードバックを受けて前記負荷を制御する負荷制御用マイクロコンピュータとを備え、
前記フィードバック検知回路は、前記負荷制御用マイクロコンピュータのフィードバック端子とＧＮＤとの間に接続され、前記２次巻線の側の前記負荷に流れる電流の量に対応して印加電圧が上下するコンデンサを含み、
前記負荷制御用マイクロコンピュータは、前記コンデンサへの印加電圧をもとに前記負荷に流れる電流の量を検知する機能を有する電源回路。
請求項１に記載の電源回路を有する冷蔵庫であって、
前記負荷への異常電流を検知した後に前記負荷を停止させる動作又は異常時の動作への移行を行う機能、
異常を解消する応急動作へ移行する機能、及び
異常の発生を示す情報を記憶装置へ記憶する機能を有する
冷蔵庫。
請求項１に記載の電源回路を有する冷蔵庫であって、
前記負荷の異常電流を検知後に前記負荷の停止又は異常時動作への移行を行うことで、
請求項１に記載の電源回路の構成部品の小型化を図った冷蔵庫。
請求項１に記載の電源回路を有する空気調和機であって、
前記負荷への異常電流を検知した後に前記負荷を停止させる動作又は異常時の動作への移行を行う機能、
異常を解消する応急動作へ移行する機能、及び
異常の発生を示す情報を記憶装置へ記憶する機能を有する
空気調和機。
請求項１に記載の電源回路を有する空気調和機であって、
前記負荷の異常電流を検知後に前記負荷の停止又は異常時動作への移行を行うことで、
請求項１に記載の電源回路の構成部品の小型化を図った空気調和機。