WO2017149625A1

WO2017149625A1 - 中継基板及びセンサ装置

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Publication number: WO2017149625A1
Application number: PCT/JP2016/056136
Authority: WO
Inventors: 健太野村; 鈴木　洋平
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-09-08
Also published as: JPWO2017149625A1; JP6580249B2

Abstract

電気機器を制御する制御基板（１）とセンサ素子（２０１）を備えたセンサ基板（２）とを中継する中継基板（５）であって、制御基板（１）に通じる電源線（４０２）及び信号線（４０１）が接続される制御側中継基板コネクタ（５０６，５０７）と、センサ基板（２）に通じる電源線（３０１）及びセンサ基板（２）に通じる信号線（３０２，３０３）が接続されるセンサ側中継基板コネクタ（５０５）と、制御側中継基板コネクタ（５０６，５０７）の端子とセンサ側中継基板コネクタ（５０５）のセンサ素子（２０１）の出力信号が入力される端子とを接続する中継基板信号配線（５０８，５０９）と、制御側中継基板コネクタ（５０６，５０７）の電源線（４０２）が接続される端子に接続された中継基板電源配線（５１１）と、中継基板信号配線（５０８，５０９）と中継基板電源配線（５１１）とに接続されたプルアップ抵抗（５０１，５０２）と、を有する。

Description

中継基板及びセンサ装置

　本発明は、センサ基板と制御基板とを中継する中継基板及びセンサ装置に関する。

　近年の地球温暖化対策の一環として、温暖化係数の低い冷媒の採用が急がれている。しかし、温暖化係数の低い冷媒は、微燃性のため、漏洩した際に可燃域を形成する可能性がある。そのため、冷媒の漏洩を空気調和機の室内機にて検知する必要がある。

　冷媒検出の手段には、ガス検知器のようなセンサが用いられる。しかし、空気調和機の制御基板は、風の流れを妨げない位置、かつサービス性を考慮したアクセスしやすい位置に設置されるため、冷媒が漏洩を検知しやすい位置にセンサを設置することが難しい。

　特許文献１には、制御基板とは別にセンサ回路基板を設け、制御基板とセンサ回路基板とをコネクタを介して接続する技術が開示されている。

特開平１１－１１８８６４号公報

　特許文献１に開示される発明では、冷媒検知センサは、冷媒が漏洩した際に冷媒が滞留しやすい位置に設置される必要があるとともに、コネクタで信号線を接続して制御基板との通信を行う必要がある。しかしながら、作業ミス又は運転中の振動によってコネクタから信号線が外れた場合に、冷媒検知センサが正常に動作できず、冷媒漏洩を検知できなくなってしまう。このとき、異常通報によってサービスを行う場合に、信号線を正しく接続し直せば復旧するのか、センサ自体の故障であるのかを判別できない。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異常通報によってサービスを行う場合に、信号線を正しく接続し直せば復旧するのか、センサ自体の故障であるのかを判別可能にできる中継基板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、本発明は、電気機器を制御する制御基板とセンサ素子を備えたセンサ基板とを中継する中継基板である。本発明は、制御基板に通じる電源線及び信号線が接続される制御側中継基板コネクタと、センサ基板に通じる電源線及びセンサ基板に通じる信号線が接続されるセンサ側中継基板コネクタと、制御側中継基板コネクタの端子とセンサ側中継基板コネクタのセンサ素子の出力信号が入力される端子とを接続する中継基板信号配線と、制御側中継基板コネクタの制御基板に通じる電源線が接続される端子に接続された中継基板電源配線と、中継基板信号配線と中継基板電源配線とに接続されたプルアップ抵抗と、を有する。

　本発明に係る中継基板は、異常通報によってサービスを行う場合に、信号線を正しく接続し直せば復旧するのか、センサ自体の故障であるのかが判別可能となるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るセンサ装置の構成を示す図実施の形態１に係るセンサ装置の制御基板がセンサ基板との接続不良を検出する動作の流れを示すフローチャート本発明の実施の形態２に係るセンサ装置の構成を示す図

　以下に、本発明の実施の形態に係る中継基板及びセンサ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るセンサ装置の構成を示す図である。センサ装置は、空気調和機を制御する制御基板１と、センサ素子２０１が実装されたセンサ基板２とを備える。また、センサ装置は、制御基板１とセンサ基板２とを中継する中継基板５を備える。

　制御基板１は、センサ装置の制御を司るマイクロコントローラ１０１、外部から入力される信号の電圧値を変換するプルダウン抵抗１０２，１０３、信号線４０１と電源線４０２とグラウンド線４０３とが接続される制御基板コネクタ１０５、信号線４０４，４０５が接続される制御基板コネクタ１０６、制御基板コネクタ１０６の端子とマイクロコントローラ１０１の入力ポート１０７とを接続する制御基板信号配線１０９及び制御基板コネクタ１０６の端子とマイクロコントローラ１０１の入力ポート１０８とを接続する制御基板信号配線１１０を備えている。プルダウン抵抗１０２は、制御基板信号配線１０９とグラウンドとに接続されている。プルダウン抵抗１０３は、制御基板信号配線１１０とグラウンドとに接続されている。

　マイクロコントローラ１０１は、出力ポート１０４及び入力ポート１０７，１０８を備えている。

　プルダウン抵抗１０２は、制御基板コネクタ１０６に繋がる信号線４０４から伝わる信号の電圧値を変換し、マイクロコントローラ１０１の入力ポート１０７に電圧値を変換した電圧信号を供給する。プルダウン抵抗１０３は、制御基板コネクタ１０６に繋がる信号線４０５から伝わる信号の電圧値を変換し、マイクロコントローラ１０１の入力ポート１０８に電圧値を変換した電圧信号を供給する。

　センサ基板２は、センサ素子２０１の状態を監視する制御部２０２と、制御部２０２によってオンオフが切り替えられるスイッチ２０３，２０４と、中継基板５に通じる電源線３０１、信号線３０２，３０３及びグラウンド線３０４が接続されるセンサ基板コネクタ２０５を備えている。

　中継基板５は、センサ基板２の出力信号の電圧値を変換するプルアップ抵抗５０１，５０２、センサ基板２への給電が過剰となることを抑制する電流制限器５０３、センサ基板２へ電力を供給するか否かを切り替える給電スイッチ５０４、電源線３０１、信号線３０２，３０３及びグラウンド線３０４が接続されるセンサ側中継基板コネクタ５０５、信号線４０１と電源線４０２とグラウンド線４０３とが接続される制御側中継基板コネクタ５０６及び信号線４０４，４０５が接続される制御側中継基板コネクタ５０７、制御側中継基板コネクタ５０７の端子とセンサ側中継基板コネクタ５０５のセンサ素子の出力信号が入力される端子とを接続する中継基板信号配線５０８、制御側中継基板コネクタ５０７の端子とセンサ側中継基板コネクタ５０５のセンサ素子の出力信号が入力される端子とを接続する中継基板信号配線５０９、制御側中継基板コネクタ５０６の端子とセンサ側中継基板コネクタ５０５のセンサ基板２に通じる電源線３０１が接続される端子とを接続する中継基板電源配線５１０、及び給電スイッチ５０４のオンオフとは無関係に電源が供給される中継基板電源配線５１１を備えている。電流制限器５０３は、中継基板電源配線５１１に接続されている。

　マイクロコントローラ１０１は、プルダウン抵抗１０２，１０３から供給される電圧値が変換された電圧信号に基づいて、信号の状態を判断する。また、マイクロコントローラ１０１は、制御基板コネクタ１０５に繋がる信号線４０１及び中継基板５の制御側中継基板コネクタ５０６を介して、中継基板５内の給電スイッチ５０４をオンオフさせる。スイッチ５０４をオンオフさせる。制御基板コネクタ１０５に繋がる電源線４０２及び制御側中継基板コネクタ５０６を経由し、さらにセンサ側中継基板コネクタ５０５から電源線３０１を介してセンサ基板コネクタ２０５を介してのセンサ基板２内の制御部２０２及びセンサ素子２０１への給電は、給電スイッチ５０４のオンオフにともなってオンオフされる。

　センサ基板２の制御部２０２は、センサ素子２０１が正常に動作しているか否か、冷媒を検出しているか否か、及び異常状態となっていないかを常時監視している。ここでの異常状態は、断線又は短絡を例示できるが、これらに限定されない。制御部２０２は、二種類の出力信号を出力可能であり、センサ素子２０１が正常に動作していることを検出している場合には、スイッチ２０３及びスイッチ２０４をオンさせる。制御部２０２は、センサ素子２０１が冷媒を検出していると判断した場合には、センサ素子２０１が冷媒を検出している状態にあることを、スイッチ２０４をオフすることで外部機器へ状態を通知する。制御部２０２は、センサ素子２０１が異常状態となっていると判断した場合は、センサ素子２０１が異常状態にあることを、スイッチ２０３をオフすることで外部機器へ通知する。なお、センサ基板コネクタ２０５を介してセンサ基板２の給電が行われていない場合、制御部２０２はスイッチ２０３，２０４をオンさせることができないため、スイッチ２０３，２０４はいずれもオフとなる。

　センサ基板２が壊れ、電源とグランドとの間で異常が生じた場合、具体的には短絡が発生した場合には、中継基板電源配線５１０に流れる電流は、電流制限器５０３によって安全な電流に制限され、センサ基板２が異常に発熱したり、発火したりすることを防ぐことができる。電流制限器５０３には、決められた電流を超えた場合に自動的に抵抗が上昇するサーミスタを用いても良いし、過剰電流が流れた場合に自動的に線路を断線するヒューズ又はノーヒューズブレーカを用いても良いし、アンプ又はトランジスタを用いた高精度の電流制限回路を組み込んでも良い。

　センサ基板２の出力信号の一方は、スイッチ２０４のオンオフによって伝えられる。センサ基板２の出力信号の一方は、センサ基板コネクタ２０５、信号線３０２及びセンサ側中継基板コネクタ５０５を介して中継基板５へ伝えられる。中継基板５は、プルアップ抵抗５０２によりセンサ基板２の出力信号の一方の電圧値を変換する。センサ基板２の出力信号の他方は、スイッチ２０３のオンオフによって伝えられる。センサ基板２の出力信号の他方は、センサ基板コネクタ２０５、信号線３０３及びセンサ側中継基板コネクタ５０５を介して中継基板５へ伝えられる。中継基板５は、プルアップ抵抗５０１によりセンサ基板２の出力信号の一方の電圧値を変換する。

　図１に示す構成においては、制御基板１及び中継基板５のコネクタ数を制限していないため、センサ基板２を接続するために専用に設計した基板でなくても、必要な機能をセンサ基板２へ供給することが可能となる。例えば、制御基板コネクタ１０５が外部接点駆動用であると、電源及びグラウンド並びにオンオフ出力機能しか持っておらず、制御基板コネクタ１０６が通信用であると、外部信号を入力する機能しか持っていないことがありうる。このような場合でも、外部接点駆動用の制御基板コネクタ１０５と通信用の制御基板コネクタ１０６とを組み合わせることで、制御基板１からセンサ基板２へ必要な機能を提供することが可能となる。

　センサ基板２は、冷媒を検出した際にオフとなるスイッチ２０４と、センサ素子２０１の異常又は故障を検出した際にオフとなるスイッチ２０３とを備えており、通常状態では、スイッチ２０３，２０４はともにオンになっている。制御部２０２は、記憶装置２０２ａを備えており、冷媒を一度でも検出した場合には、記憶装置２０２ａに情報を記憶し、センサ基板２への給電が停止されても、再度給電された場合に制御部２０２はスイッチ２０４のオフを継続する。一方、センサ素子２０１が異常となっている場合は、センサ素子２０１は冷媒を検出することができないため、スイッチ２０４はオンとなる。

　図２は、実施の形態１に係るセンサ装置の制御基板がセンサ基板との接続不良を検出する動作の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１において、マイクロコントローラ１０１は、制御基板１からセンサ基板２へ給電するか否かを切り替える給電スイッチ５０４をオフする。ステップＳ２において、マイクロコントローラ１は、給電スイッチ５０４をオフした状態で、入力ポート１０７，１０８の電圧値を検査し、入力ポート１０７，１０８の電圧値はプルダウン抵抗１０２，１０３のみで決められる値であるかを判断する。マイクロコントローラ１０１の入力ポート１０７，１０８での電圧値がプルダウン抵抗１０２，１０３のみで決められた値の場合、ステップＳ１０２でＹｅｓとなり、ステップＳ７でマイクロコントローラ１０１は、制御基板コネクタ１０６又は制御側中継基板コネクタ５０７から信号線４０４又は信号線４０５が外れていると判断する。

　一方で、給電スイッチ５０４がオフの状態で入力ポート１０７の電圧値がプルアップ抵抗５０２とプルダウン抵抗１０２とで定められた電圧値となり、入力ポート１０８の電圧値がプルアップ抵抗５０１とプルダウン抵抗１０３とで定められた電圧値となる場合、ステップＳ２でＮｏとなり、マイクロコントローラ１０１は、制御基板１と中継基板５との接続は正常と判断してステップＳ３に進む。

　ステップＳ３において、マイクロコントローラ１は、給電スイッチ５０４をオンする。センサ基板２が正常であれば、スイッチ２０３，２０４はともにオンされるため、入力ポート１０７，１０８での電圧値がともにグラウンドと同電位となる。ステップＳ４において、マイクロコントローラ１０１は、入力ポート１０８の電圧値はグラウンドと同電位であるかを判断する。給電スイッチ５０４をオンしたにも関わらず入力ポート１０８の電圧値が変化しなければ、ステップＳ４でＮｏとなり、ステップＳ８において、マイクロコントローラ１０１は、センサ故障又はセンサ側中継基板コネクタ５０５若しくはセンサ基板コネクタ２０５から信号線３０３が外れていると判断する。

　入力ポート１０８の電圧値がグラウンドと同電位であれば、ステップＳ４でＹｅｓとなり、ステップＳ５において、マイクロコントローラ１０１は、入力ポート１０７の電圧値はグラウンドと同電位であるかを判断する。給電スイッチ５０４をオンしたにも関わらず入力ポート１０７の電圧値が変化しなければ、ステップＳ５でＮｏとなり、ステップＳ９において、マイクロコントローラ１０１は、冷媒検知と判断する。入力ポート１０７の電圧値がグラウンドと同電位であれば、ステップＳ５でＹｅｓとなり、ステップＳ６において、マイクロコントローラ１０１は、正常状態であると判断する。ここでの正常状態とは、制御基板１とセンサ基板２とが中継基板５を介して正しく接続されており、かつセンサ素子２０１が故障しておらず、冷媒を検知していない状態である。

　実施の形態１によれば、既存の制御基板と安価な市販センサ基板とを組み合わせることで、容易に基板間の接続不良を検出でき、センサ基板の異常に対する保護機能を持たせることが可能である。すなわち、センサ基板との接続を可能にするために専用の制御基板を作成する必要がなく、既存機種と新規機種とで基板を共用できる。

実施の形態２．
　図３は、本発明の実施の形態２に係るセンサ装置の構成を示す図である。実施の形態１と共通する部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。実施の形態１においては、センサ基板２の出力がハイレベル又はローレベルの２値であったが、センサ素子２０１の種類によっては、出力信号がパルス幅変調又は周波数変調のパルス信号となることもある。実施の形態２のセンサ基板２は、センサ素子２０１がパルス信号を出力する点を除いて実施の形態１と同様である。すなわち、実施の形態２においては、センサ基板２の出力は、２値ではなく多値である。

　実施の形態２の制御基板１は、プルダウン抵抗１０２，１０３及び制御基板コネクタ１０６は実施の形態１と同様であるが、制御基板コネクタ１０５には信号線４０１が接続されない。

　実施の形態２の中継基板５は、給電スイッチ５０４を備えていない点と、制御側中継基板コネクタ５０６に信号線４０１が接続されない点を除いて実施の形態１と同様である。

　実施の形態２に係るセンサ装置の制御基板１がセンサ基板２との接続不良を検出する動作について説明する。マイクロコントローラ１０１は、入力ポート１０７における電圧値を検出し、プルダウン抵抗１０２によってのみ定められる電圧であれば、制御基板コネクタ１０６又は制御側中継基板コネクタ５０７が外れているか、信号線４０４が断線していると判断する。また、マイクロコントローラ１０１は、入力ポート１０７における電圧値がプルアップ抵抗５０２及びプルダウン抵抗１０２によって定められる電圧であれば、センサ側中継基板コネクタ５０５又はセンサ基板コネクタ２０５が外れているか、信号線３０２が断線していると判断する。

　マイクロコントローラ１０１は、入力ポート１０８についても、上記に説明した入力ポート１０７における電圧値に基づく判断と同様の動作により、コネクタからの信号線外れ及び断線を判断する。

　実施の形態２によれば、給電スイッチ５０４でセンサ基板２への電力供給の有無を切り替えなくても、センサ基板２からの出力は、制御基板コネクタ１０６又は制御側中継基板コネクタ５０７が外れているか、信号線４０４が断線している状態と、センサ側中継基板コネクタ５０５又はセンサ基板コネクタ２０５が外れているか、信号線３０２が断線している状態とを区別可能な値を取ることができる。すなわち、センサ基板２の出力が２値でなくても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の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、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　制御基板、２　センサ基板、５　中継基板、１０１　マイクロコントローラ、１０２，１０３　プルダウン抵抗、１０４　出力ポート、１０５，１０６　制御基板コネクタ、１０７，１０８　入力ポート、１０９，１１０　制御基板信号配線、２０１　センサ素子、２０２　制御部、２０３，２０４　スイッチ、２０５　センサ基板コネクタ、３０１，４０２　電源線、３０２，３０３，４０１，４０４，４０５　信号線、３０４，４０３　グラウンド線、５０１，５０２　プルアップ抵抗、５０３　電流制限器、５０４　給電スイッチ、５０５　センサ側中継基板コネクタ、５０６，５０７　制御側中継基板コネクタ、５０８，５０９　中継基板信号配線、５１０，５１１　中継基板電源配線。

Claims

　電気機器を制御する制御基板とセンサ素子を備えたセンサ基板とを中継する中継基板であって、
　前記制御基板に通じる電源線及び信号線が接続される制御側中継基板コネクタと、
　前記センサ基板に通じる電源線及び前記センサ基板に通じる信号線が接続されるセンサ側中継基板コネクタと、
　前記制御側中継基板コネクタの端子と前記センサ側中継基板コネクタの前記センサ素子の出力信号が入力される端子とを接続する中継基板信号配線と、
　前記制御側中継基板コネクタの前記制御基板に通じる電源線が接続される端子に接続された中継基板電源配線と、
　前記中継基板信号配線と前記中継基板電源配線とに接続されたプルアップ抵抗と、
　を有することを特徴とする中継基板。
　前記制御基板から入力される指令に基づいて、前記センサ基板への給電のオンオフを切り替える給電スイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の中継基板。
　前記中継基板電源配線に流れる電流を設定値以下に規制する電流制限器を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の中継基板。
　電気機器を制御する制御基板、センサ素子を備えたセンサ基板及び前記センサ基板と前記制御基板とを中継する中継基板を有するセンサ装置であって、
　前記制御基板は、
　マイクロコントローラと、
　前記中継基板に通じる電源線及び信号線が接続される制御基板コネクタと、
　前記制御基板コネクタの端子と前記マイクロコントローラの入力ポートとを接続する制御基板信号配線と、
　前記制御基板信号配線とグラウンドとに接続されたプルダウン抵抗とを備え、
　前記センサ基板は、前記中継基板に通じる電源線及び前記中継基板に通じる信号線が接続されるセンサ基板コネクタを備え、
　前記中継基板は、
　前記制御基板に通じる電源線及び信号線が接続される制御側中継基板コネクタと、
　前記センサ基板に通じる電源線及び信号線が接続されるセンサ側中継基板コネクタと、
　前記制御側中継基板コネクタの端子と前記センサ側中継基板コネクタの前記センサ素子の出力信号が入力される端子とを接続する中継基板信号配線と、
　前記制御側中継基板コネクタの前記制御基板に通じる電源線が接続される端子に接続された中継基板電源配線と、
　前記中継基板信号配線と前記中継基板電源配線とに接続されたプルアップ抵抗とを備えることを特徴とするセンサ装置。
　前記中継基板は、前記制御基板から入力される指令に基づいて、前記センサ基板への給電のオンオフを切り替える給電スイッチを備えることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
　前記中継基板は、前記中継基板電源配線に流れる電流を設定値以下に規制する電流制限器を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載のセンサ装置。