WO2022208881A1 - 電源回路、冷蔵庫及び空気調和機 - Google Patents

電源回路、冷蔵庫及び空気調和機 Download PDF

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WO2022208881A1
WO2022208881A1 PCT/JP2021/014370 JP2021014370W WO2022208881A1 WO 2022208881 A1 WO2022208881 A1 WO 2022208881A1 JP 2021014370 W JP2021014370 W JP 2021014370W WO 2022208881 A1 WO2022208881 A1 WO 2022208881A1
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WO
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load
voltage
power supply
circuit
control microcomputer
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English (en)
French (fr)
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雄太 宮▲崎▼
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三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

Definitions

  • the present disclosure relates to power supply circuits, refrigerators, and air conditioners that perform switching control.
  • a primary-secondary isolation transformer and a switching FET Field Effect Transistor
  • DC Direct Current
  • a flyback type DC-DC conversion circuit to be used is mounted.
  • the primary-secondary isolation transformer mentioned above will be referred to as "transformer”.
  • the above DC-DC conversion circuit is connected to an AC-DC rectifier circuit having a diode bridge for rectifying an AC (Alternating Current) power supply and an electrolytic capacitor for smoothing the output voltage from the diode bridge, and a load.
  • loads are motors, lights, heaters or sensors.
  • a conventional DC-DC conversion circuit has a drain current detection resistor, which is a resistor for detecting the drain current, which is the current flowing between the drain and source of the switching FET, between the source and ground of the switching FET. . Since the conventional DC-DC conversion circuit has a drain current detection resistor, a voltage proportional to the drain current is applied to the source side of the switching FET. This voltage is the voltage across the drain current sensing resistor.
  • the loads of refrigerators and air conditioners are diverse, such as motors, lights, heaters, or sensors, and are mainly controlled by microcomputers. There are loads whose state can be fed back and loads whose state cannot be fed back.
  • An example of a load whose status can be fed back is a fan motor whose speed can be sensed. Examples of loads whose status cannot be fed back are DC motors, LED (Light Emitting Diode) lighting, or heaters, whose rotation speed and current amount cannot be detected.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to obtain a power supply circuit composed of small and inexpensive parts.
  • a power supply circuit is a power supply circuit arranged between an AC power supply and a load, the power supply circuit including a primary winding and a secondary winding.
  • a transformer a switching element that interrupts the current flowing through the primary winding, a switching element control circuit that controls the operation of the switching element, and a drain current detection resistor that converts the amount of current flowing through the switching element into a voltage value.
  • a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the voltage of the secondary winding, and a secondary winding side that includes a capacitor whose applied voltage fluctuates according to the amount of current flowing through the load on the secondary winding side.
  • the load control microcomputer controls the load based on the voltage across the drain current detection resistor or the value of the voltage applied to the capacitor, which varies depending on the amount of current flowing through the load on the secondary winding side. It has the function of detecting the amount of current flowing.
  • the power supply circuit according to the present disclosure has the effect of being able to be configured with small and inexpensive parts, and of being able to feed back the current amount of the load to the load control microcomputer.
  • Diagram showing the configuration of a conventional DC-DC conversion circuit Diagram showing the internal configuration of a power supply IC (Integrated Circuit) that a conventional DC-DC conversion circuit has Graph showing the change in the voltage of the FB terminal with respect to the elapsed time when the load is heavy in the conventional DC-DC conversion circuit Graph showing changes in voltage across the drain current detection resistor with respect to elapsed time when the load is heavy in a conventional DC-DC conversion circuit Graph showing changes in the voltage of the FB terminal with respect to the elapsed time when the load is light in the conventional DC-DC conversion circuit Graph showing changes in voltage across the drain current detection resistor with respect to elapsed time when the load is light in a conventional DC-DC conversion circuit FIG.
  • FIG. 1 shows a configuration of a power supply circuit according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a first example of a configuration related to a relay circuit included in the power supply circuit according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a second example of a configuration related to a relay circuit included in the power supply circuit according to the first embodiment;
  • FIG. 12 shows a configuration of a power supply circuit according to Embodiment 2;
  • FIG 11 is a diagram for explaining a first example of a configuration related to a relay circuit included in a power supply circuit according to a second embodiment;
  • the figure which shows the structure of the refrigerator which concerns on Embodiment 3 The figure which shows the structure of the refrigerator which concerns on Embodiment 4
  • a diagram showing the configuration of an air conditioner according to Embodiment 5 The figure which shows the structure of the air conditioner which concerns on Embodiment 6.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional DC-DC conversion circuit.
  • FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of a power supply IC 104 included in a conventional DC-DC conversion circuit.
  • a conventional DC-DC conversion circuit is placed between the circuit that generates the primary DC voltage and the load.
  • a circuit for generating a primary DC voltage is connected to an AC power supply 101 and has a rectifying diode bridge 102 and a primary smoothing capacitor 103 .
  • Primary smoothing capacitor 103 is an electrolytic capacitor.
  • the circuit that produces the primary DC voltage may include components such as common mode coils, fuses, X capacitors and Y capacitors.
  • a conventional DC-DC conversion circuit has a power supply IC 104 that switches a primary DC voltage.
  • the power supply IC 104 has a switching FET 201 that interrupts current flowing through a primary winding NP, which will be described later.
  • the switching FET 201 is an example of a switching element.
  • the power supply IC 104 includes a switching element control circuit 202 that controls the operation of the switching FET 201, a startup circuit 203, a constant current circuit 204, an overvoltage protection circuit 205, an overcurrent protection circuit 206, and an overload protection circuit 207. It is a power supply IC packaged in one package.
  • the power supply IC 104 has a DRAIN terminal 1041, a SOURCE terminal 1042, a VCC terminal 1043, an FB (Feedback) terminal 1044, and a GND terminal 1045 as connection terminals.
  • a conventional DC-DC conversion circuit has a transformer 105 .
  • Transformer 105 has a primary winding NP, a secondary winding NS, and a bias winding NB.
  • a conventional DC-DC conversion circuit has a drain current detection resistor 106 for converting the value of the current flowing through the switching FET 201 into a voltage value.
  • a current flowing through the switching FET 201 is a drain current.
  • a conventional DC-DC conversion circuit has a rectifier diode 107 for the bias winding NB, a current limiting resistor 108 for the rectifier diode 107, and a smoothing capacitor 109 for the bias winding NB.
  • a conventional DC-DC conversion circuit has a rectifying and smoothing circuit associated with the secondary DC voltage.
  • a rectifying/smoothing circuit related to the secondary side DC voltage is a circuit that rectifies and smoothes the voltage of the secondary winding NS, and has a rectifying diode 110 and a smoothing capacitor 111 for the secondary winding NS. 112.
  • load 112 is a motor.
  • a conventional DC-DC conversion circuit is placed between the AC power source 101 and the load 112 .
  • a conventional DC-DC conversion circuit has a circuit that feeds back the secondary side DC voltage to the power supply IC 104 arranged on the side of the primary winding NP.
  • a circuit that feeds back the secondary DC voltage to the power supply IC 104 is a feedback detection circuit that detects the output voltage on the secondary winding NS side and feeds back the output voltage to the power supply IC 104 .
  • the feedback sensing circuit has a photocoupler 113 , a shunt regulator 114 , a capacitor 115 for stabilizing the feedback control, and a current limiting resistor 116 for the photodiode of the photocoupler 113 .
  • the voltage applied to capacitor 115 fluctuates according to the amount of current flowing through load 112 on the secondary winding NS side.
  • the feedback detection circuit includes a current supply resistor 117 for the shunt regulator 114, a phase compensation capacitor 118 for the shunt regulator 114, a phase compensation resistor 119 for the shunt regulator 114, and a regulation resistor 120 for adjusting the secondary DC voltage. , 121.
  • the AC commercial power input from the AC power supply 101 to the conventional DC-DC conversion circuit is full-wave rectified by the rectifier diode bridge 102 and supplied to the primary smoothing capacitor 103 as a primary side DC voltage.
  • the primary side DC voltage is supplied to the DRAIN terminal 1041 of the power supply IC 104 via the transformer 105, supplied to the VCC terminal 1043 by the startup circuit 203 inside the power supply IC 104, and supplied to the smoothing capacitor 109 for the bias winding NB. be.
  • the startup circuit 203 inside the power supply IC 104 is cut off, and power is supplied to the smoothing capacitor 109 for the bias winding NB. stops.
  • the switching element control circuit 202 inside the power supply IC 104 is activated, and the switching element control circuit 202 makes the switching FET 201 conductive.
  • a primary side DC voltage is applied to the primary winding NP of the transformer 105, and a voltage having the same polarity as the primary winding NP positive is applied to the bias winding NB as an induced voltage.
  • An induced voltage is also applied to the secondary winding NS, and the induced voltage applied to the secondary winding NS is a voltage that makes the anode side of the rectifier diode 110 of the secondary winding NS negative. , is not transmitted to the secondary side. Therefore, the current flowing through the primary winding NP is only the excitation current of the transformer 105, and energy proportional to the square of the excitation current is accumulated in the transformer 105. FIG. The exciting current increases with the lapse of time.
  • the voltage induced in the bias winding NB is supplied to a smoothing capacitor 109 for the bias winding NB via a rectifying diode 107 for the bias winding NB and a current limiting resistor 108 for the rectifying diode 107, and the power supply is turned off. It is supplied to the power supply IC 104 .
  • the switching element control circuit 202 inside the power supply IC 104 switches the state of the switching FET 201 from the conducting state to the non-conducting state
  • the primary winding NP, the secondary winding NS and the bias winding NB of the transformer 105 are A voltage having a polarity opposite to that when the switching FET 201 is in a conductive state is applied to each of them, and a voltage is induced in the secondary winding NS with the positive side of the anode of the rectifier diode 110 for the secondary winding NS.
  • a current based on the energy stored in the transformer 105 is rectified by a rectifying diode 110 for the secondary winding NS, smoothed by a smoothing capacitor 111 to become a secondary side DC voltage output, and supplied to a load 112 . Thereafter, when the switching FET 201 repeats the conducting state and the non-conducting state, power is supplied to the smoothing capacitor 109 for the bias winding NB at the switching cycle, and stable power supply to the power supply IC 104 is performed.
  • the voltage stabilization control of the secondary side DC voltage output is performed as follows. First, the secondary DC voltage output is divided by regulation resistors 120 and 121 that adjust the secondary DC voltage, and the divided voltage is input to the reference terminal Vref of the shunt regulator 114 . A phase compensating capacitor 118 and a phase compensating resistor 119 for the shunt regulator 114 control the phase shift to ensure stable operation of the circuit.
  • the cathode K and anode A of the shunt regulator 114 are electrically connected. If the voltage input to the reference terminal Vref is lower than the internal reference voltage of the shunt regulator 114, the connection between the cathode K and the anode A of the shunt regulator 114 is cut off. As a result, the current is conducted to the photodiode of the photocoupler 113 or the current to the photodiode is interrupted, so that the voltage on the secondary side is fed back to the primary side.
  • a constant current flows from the FB terminal 1044 of the power supply IC 104 from the constant current circuit 204 inside the power supply IC 104, and this current supplies power to the capacitor 115 for stabilizing the feedback control.
  • the phototransistor of the photocoupler 113 becomes conductive when current flows through the photodiode, and the voltage of the FB terminal 1044 drops when the charge is drawn from the capacitor 115 for stabilizing the feedback control.
  • the switching element control circuit 202 that controls the switching FET 201 monitors the voltage of the FB terminal 1044 and controls switching to adjust the secondary side DC voltage. If the load 112 is light, the voltage at the FB terminal 1044 will be low, and if the load 112 is heavy, the voltage at the FB terminal 1044 will be high. When the voltage of the FB terminal 1044 is low, the power supply IC 104 determines to lower the peak target voltage of the drain current that increases or decreases corresponding to the voltage of the FB terminal 1044 .
  • the power supply IC 104 compares the voltage across the drain current detection resistor 106 with the peak target voltage of the drain current, and controls the voltage across the drain current detection resistor 106 to be close to the peak target voltage of the drain current. Therefore, the voltage peak value across the drain current detection resistor 106 becomes low.
  • the voltage of the FB terminal 1044 is high, the peak target voltage of the drain current is high and the voltage peak value across the drain current sensing resistor 106 is high.
  • the voltage at the FB terminal 1044 increases as shown in FIG. 3, and the peak value of the voltage across the drain current sensing resistor 106 increases as shown in FIG.
  • the voltage at the FB terminal 1044 decreases as shown in FIG. is lowered and the on-duty is reduced, the power transmitted from the primary winding NP side to the secondary winding NS side via the transformer 105 is adjusted. Control is performed to keep the output voltage constant.
  • FIG. 3 is a graph showing changes in the voltage of the FB terminal 1044 with respect to elapsed time when the load 112 is a heavy load in the conventional DC-DC conversion circuit.
  • a heavy load is an abnormal load.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in voltage across the drain current detection resistor 106 with respect to elapsed time when the load 112 is heavy in the conventional DC-DC conversion circuit.
  • FIG. 5 is a graph showing changes in the voltage of the FB terminal 1044 with respect to elapsed time when the load 112 is light in the conventional DC-DC conversion circuit.
  • a light load is a normal load.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in voltage across the drain current detection resistor 106 with respect to elapsed time when the load 112 is light in the conventional DC-DC conversion circuit.
  • the microcomputer 122 By also feeding back to the microcomputer 122, the effects of the present disclosure are obtained.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of power supply circuit 1 according to the first embodiment.
  • the power supply circuit 1 has all the components of a conventional DC-DC conversion circuit.
  • the power supply circuit 1 includes a relay circuit 301 connected to one of the two ends of the drain current detection resistor 106 connected to the SOURCE terminal 1042 of the power supply IC 104 , and an AD circuit connected to the relay circuit 301 .
  • (Analog Digital) conversion circuit 123 primary-secondary insulation communication circuit 124 connected to AD conversion circuit 123 , and voltage dividing resistors 125 and 126 connected to AD conversion circuit 123 .
  • the primary-secondary isolation communication circuit 124 is also connected to the load control microcomputer 122 .
  • Voltage dividing resistor 125 is also connected to primary smoothing capacitor 103 .
  • Voltage dividing resistors 125 and 126 have the function of dividing the voltage applied to primary smoothing capacitor 103 .
  • the relay circuit 301, the AD conversion circuit 123, the primary-secondary insulation communication circuit 124, and the voltage dividing resistors 125 and 126 form a circuit that feeds back the voltage across the drain current detection resistor 106 to the load control microcomputer 122. do.
  • the power supply circuit 1 feeds back the voltage at the SOURCE terminal 1042 of the power supply IC 104, that is, the voltage across the drain current detection resistor 106, to the load control microcomputer 122 that controls the load 112. .
  • the SOURCE terminal 1042 of the power supply IC 104 is connected via the relay circuit 301 to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side.
  • the AD conversion circuit 123 transmits the voltage of the SOURCE terminal 1042 to the load control microcomputer 122 that controls the load 112 via the primary-secondary insulating communication circuit 124 having a primary-secondary insulating function.
  • load control microcomputer 122 calculates the amount of current flowing through load 112 .
  • the load control microcomputer 122 has a function of detecting the amount of current flowing through the load 112 based on the value of the voltage across the drain current detection resistor 106 .
  • a load 112 is a plurality of loads connected in parallel. Based on the operating conditions of each load, the reference value for determining abnormal overcurrent is determined each time by the load control microcomputer 122 that controls the load 112 in consideration of the state of each load.
  • the voltage applied to the SOURCE terminal 1042 changes when the voltage of the primary smoothing capacitor 103 changes. Therefore, for example, when the AC voltage applied from the AC power supply 101 fluctuates, or when the influence of the ripple voltage of the primary smoothing capacitor 103 after the AC voltage is rectified cannot be ignored, the voltage dividing resistor 125, 126, an applied voltage detection circuit is provided for detecting variations in the voltage applied to the primary smoothing capacitor 103 to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the side of the primary winding NP. The circuit may calculate the amount of current flowing through the load 112 taking into account the voltage applied to the primary smoothing capacitor 103 as well.
  • a noise filter circuit may be arranged between the voltage dividing resistors 125 and 126 and the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side.
  • a form related to the relay circuit 301 is not limited to the example described later.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a first example of a form related to the relay circuit 301 included in the power supply circuit 1 according to the first embodiment.
  • relay circuit 301 is amplifier 302 .
  • SOURCE terminal 1042 of power supply IC 104 is connected to the input of amplifier 302 .
  • the input of amplifier 302 is labeled with a "+”.
  • the part of the amplifier 302 that is grounded is given the character "-”.
  • the output part of the amplifier 302 is connected to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side.
  • the input voltage of amplifier 302 is amplified, and the output of amplifier 302 is applied to AD conversion circuit 123 .
  • Amplifier 302 is a component with a relatively high input impedance.
  • the amplifier 302 amplifies the voltage of the SOURCE terminal 1042 of the power supply IC 104 to a voltage that can be recognized by the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side by the set magnification. .
  • the voltage applied to the AD input port of the AD conversion circuit 123 is monitored to determine the degree of current flowing through the load 112 .
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a second example of a form related to the relay circuit 301 included in the power supply circuit 1 according to the first embodiment.
  • relay circuit 301 includes comparator 303, rectifier diode 305, current limiting resistor 306 for rectifier diode 305, smoothing capacitor 307, and discharging for smoothing capacitor 307. and resistor 308 .
  • a SOURCE terminal 1042 of the power IC 104 is connected to the first input of the comparator 303 .
  • the first input of the comparator 303 is labeled with a "+”.
  • An arbitrary reference voltage VR304 is prepared, and the second input section of the comparator 303 is given the character "-" and is applied with the arbitrary reference voltage VR304.
  • the output of the comparator 303 is connected to the anode side of the rectifier diode 305 .
  • the cathode side of the rectifier diode 305 is placed on the side of the smoothing capacitor 307, the discharge resistor 308 of the smoothing capacitor 307, and the primary winding NP via the current limiting resistor 306 of the rectifier diode 305.
  • the time during which the voltage at the SOURCE terminal 1042 of the power supply IC 104 exceeds the arbitrary reference voltage VR304 is short.
  • the voltage applied to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the side of the winding NP becomes low. Therefore, by monitoring the voltage input to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side, the amount of current flowing through the load 112 can be determined.
  • the SOURCE terminal 1042 of the power supply IC 104 is arranged on the side of the primary winding NP without the relay circuit 301 intervening. It is connected to the AD input port of the AD conversion circuit 123 .
  • a switching element control circuit 202 that controls the switching FET 201 monitors the voltage applied to the AD input port of the AD conversion circuit 123 and determines the degree of current flowing through the load 112 .
  • the AD conversion circuit 123 may be replaced with a microcomputer.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of power supply circuit 1A according to the second embodiment.
  • the power supply circuit 1A has all the components of a conventional DC-DC conversion circuit.
  • the power supply circuit 1A includes a relay circuit 401 connected to the FB terminal 1044 of the power supply IC 104, an AD converter circuit 123 connected to the relay circuit 401, and a primary-secondary converter circuit connected to the AD converter circuit 123. It further has an isolation communication circuit 124 and voltage dividing resistors 125 and 126 connected to the AD conversion circuit 123 .
  • the primary-secondary isolation communication circuit 124 is also connected to the load control microcomputer 122 .
  • Voltage dividing resistor 125 is also connected to primary smoothing capacitor 103 .
  • the relay circuit 301 included in the power supply circuit 1 according to the first embodiment is replaced with a relay circuit 401 .
  • the relay circuit 401, the AD conversion circuit 123, the primary-secondary insulating communication circuit 124, and the voltage dividing resistors 125 and 126 constitute a circuit that feeds back the voltage applied to the capacitor 115 to the load control microcomputer 122.
  • the power supply circuit 1A converts the voltage of the FB terminal 1044 of the power supply IC 104, that is, the voltage across the capacitor 115 for stabilizing the feedback control, into the load control microcomputer 122 that controls the load 112. also give feedback to
  • the FB terminal 1044 of the power supply IC 104 is connected via the relay circuit 401 to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side.
  • the AD conversion circuit 123 detects the amount of current flowing through the load 112 via a primary-secondary insulation communication circuit 124 having a primary-secondary insulation function, and the load control microcomputer controls the load 112. 122.
  • the load control microcomputer 122 has a function of detecting the amount of current flowing through the load 112 based on the voltage applied to the capacitor 115 .
  • a load 112 is a plurality of loads connected in parallel. Based on the operating conditions of each load, the reference value for determining abnormal overcurrent is determined each time by the load control microcomputer 122 that controls the load 112 in consideration of the state of each load.
  • an applied voltage detection circuit is provided for detecting variations in the voltage applied to the primary smoothing capacitor 103 to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the side of the primary winding NP.
  • the detection circuit may calculate the amount of current flowing through the load 112 taking into account the voltage applied to the primary smoothing capacitor 103 as well.
  • a noise filter circuit may be arranged between the voltage dividing resistors 125 and 126 and the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side.
  • a form related to the relay circuit 401 is not limited to the example described later.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a first example of a form related to the relay circuit 401 included in the power supply circuit 1A according to the second embodiment.
  • relay circuit 401 is amplifier 402 .
  • FB terminal 1044 of power supply IC 104 is connected to the input of amplifier 402 .
  • the input of amplifier 402 is labeled with a "+”.
  • the part of the amplifier 402 that is grounded is given the character "-”.
  • the output section of the amplifier 402 is connected to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side.
  • the input voltage of amplifier 402 is amplified, and the output of amplifier 402 is applied to the AD input port of AD conversion circuit 123 .
  • Amplifier 402 is a component with a relatively high input impedance.
  • the amplifier 402 amplifies the voltage of the FB terminal 1044 of the power supply IC 104 to a voltage that can be recognized by the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side, according to the set magnification. .
  • the voltage applied to the AD input port of the AD conversion circuit 123 arranged on the primary winding NP side is monitored to determine whether the load 112 is heavy or light.
  • the FB terminal 1044 of the power supply IC 104 is arranged on the primary winding NP side without the relay circuit 401 interposed therebetween. It is connected to the AD input port of the AD conversion circuit 123 . The voltage applied to the AD input port of AD conversion circuit 123 is monitored to determine whether load 112 is heavy or light.
  • the AD conversion circuit 123 may be replaced with a microcomputer.
  • the DC-DC conversion circuit must be designed with the assumption that the load will become heavy due to the occurrence of a possible abnormality in the load. For example, if a microcomputer turns on and off a DC motor, which is a load on the secondary side with no feedback and has a current of 0.5A during normal operation and a current of 1A during lock, the DC - In order for the DC conversion circuit to continue to operate in a safe state, the temperature of the transformer and the junction temperature of the switching FET will be below the rating even when a current of 1A continues to flow when locked. It is necessary to mount a power supply IC on which a small FET is mounted, and it is necessary to select expensive and large-sized parts. The above lock is an anomaly.
  • Load control that controls the voltage of the SOURCE terminal 1042 of the power supply IC 104 described in Embodiment 1 or Embodiment 2, that is, the voltage across the drain current detection resistor 106 or the voltage of the FB terminal 1044, to the load 112
  • the load control microcomputer 122 can detect an abnormality in the load 112, and by stopping the load 112, the 1A current will not continue to flow when locked. Become. For example, the above anomaly is a locked DC motor.
  • Embodiment 1 or Embodiment 2 it is not necessary to assume that a current of 1 A will continue to flow at the time of locking, and a smaller transformer and an FET with a large on-resistance are mounted. It is possible to mount a power supply IC that is designed to be mounted, and it is possible to select inexpensive and small-sized parts. Furthermore, it is possible to reduce the size of the transformer 105 and the switching FET 201 included in the power supply circuit 1 according to the first embodiment or the power supply circuit 1A according to the second embodiment. In other words, the power supply circuit 1 and the power supply circuit 1A can be configured by compact and inexpensive parts.
  • Embodiment 1 By using the technique described in Embodiment 1 or Embodiment 2, it is possible to detect an overcurrent anomaly for a secondary-side load with no feedback. In addition, by feeding back the state of the load, it is possible to improve the overcurrent detection speed of the load, which requires a long time to determine an abnormal state in which an overcurrent is flowing.
  • the first embodiment or the embodiment of the present invention can be used.
  • the voltage of the SOURCE terminal 1042 of the power supply IC 104 described in Embodiment 2, that is, the voltage across the drain current detection resistor 106, or the voltage of the FB terminal 1044, is also fed back to the load control microcomputer 122 that controls the load 112.
  • the load control microcomputer 122 can detect an abnormality in the load 112 .
  • the above anomaly is a locked DC motor.
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
  • the power supply IC 104 described in Embodiment 1 or Embodiment 2 has a switching FET 201 as a switching element inside the power supply IC 104 .
  • the switching element may be arranged outside the power supply IC.
  • the configuration of the power supply circuit is not limited to the configuration shown in FIG. 7 or FIG.
  • a resistor that detects the current of the switching element or a terminal of a control circuit that controls the switching element is connected according to an increase or decrease in the load on the secondary side.
  • a configuration having a load control microcomputer 122 that monitors the terminal where the applied voltage changes and controls the load 112 on the secondary side may also be used.
  • the internal configuration of the power supply IC 104 shown in FIG. 2 is an example, and the internal configuration of the power supply IC 104 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the switching element is the switching FET 201, but the switching element is not limited to the FET.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of refrigerator 10 according to Embodiment 3.
  • Refrigerator 10 has control board 11 and load 14 .
  • the control board 11 has a power supply circuit 12 , a load control microcomputer 13 and a storage device 15 .
  • the power supply circuit 12 is the power supply circuit 1 according to the first embodiment or the power supply circuit 1A according to the second embodiment.
  • part of the storage device 15 is a semiconductor memory.
  • the load control microcomputer 13 After detecting an abnormal current to the load 14, the load control microcomputer 13 performs an operation to stop the load 14 or shifts to an abnormal operation, a function to shift to an emergency operation to eliminate the abnormality, It also has a function of storing information indicating the occurrence of an abnormality in the storage device 15 .
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of refrigerator 20 according to Embodiment 4.
  • Refrigerator 20 has control board 21 and load 24 .
  • the control board 21 has a power supply circuit 22 and a load control microcomputer 23 .
  • the power supply circuit 22 is the power supply circuit 1 according to the first embodiment or the power supply circuit 1A according to the second embodiment.
  • the refrigerator 20 has a function of causing the load control microcomputer 23 to stop the load 24 after detecting an abnormal current to the load 24 or to shift to an abnormal operation. Miniaturize component parts.
  • FIG. 14 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 30 according to Embodiment 5.
  • the air conditioner 30 has a control board 31 and a load 34 .
  • the control board 31 has a power supply circuit 32 , a load control microcomputer 33 and a storage device 35 .
  • the power supply circuit 32 is the power supply circuit 1 according to the first embodiment or the power supply circuit 1A according to the second embodiment.
  • part of the storage device 35 is a semiconductor memory.
  • the load control microcomputer 33 after detecting an abnormal current to the load 34, the load control microcomputer 33 performs an operation to stop the load 34, a function to shift to an abnormal operation, or an emergency operation to eliminate the abnormality. and a function of storing information indicating the occurrence of an abnormality in the storage device 35 .
  • FIG. 15 is a diagram showing the configuration of an air conditioner 40 according to Embodiment 6.
  • the air conditioner 40 has a control board 41 and a load 44 .
  • the control board 41 has a power supply circuit 42 and a load control microcomputer 43 .
  • the power supply circuit 42 is the power supply circuit 1 according to the first embodiment or the power supply circuit 1A according to the second embodiment.
  • the air conditioner 40 has a function of causing the load control microcomputer 43 to stop the load 44 after detecting an abnormal current to the load 44 or to shift to an abnormal operation. 42 component parts will be miniaturized.

Abstract

電源回路(1)は、1次巻線(NP)及び2次巻線(NS)を含むトランス(105)と、1次巻線(NP)に流れる電流を断続するスイッチングFET(201)と、スイッチングFET(201)が行う動作を制御するスイッチング素子制御回路(202)と、スイッチングFET(201)に流れる電流の量を電圧値に変換するためのドレイン電流検出抵抗(106)と、負荷(112)を制御する負荷制御用マイクロコンピュータ(122)と、ドレイン電流検出抵抗(106)の両端の電圧、または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(123,124,125,126)とを有する。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。

Description

電源回路、冷蔵庫及び空気調和機
 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、スイッチング素子に流れる電流の量を電圧値に変換するためのドレイン電流検出抵抗と、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、負荷を制御する負荷制御用マイクロコンピュータと、ドレイン電流検出抵抗の両端の電圧を負荷制御用マイクロコンピュータへフィードバックする回路とを有する。負荷制御用マイクロコンピュータは、ドレイン電流検出抵抗の両端の電圧ないしは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の印加電圧の値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、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。
 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。
 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。
 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、101 AC電源、102 整流ダイオードブリッジ、103 1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、123 AD変換回路、124 1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、1041 DRAIN端子、1042 SOURCE端子、1043 VCC端子、1044 FB端子、1045 GND端子、NP 1次巻線、NS 2次巻線、NB バイアス巻線。

Claims (6)

  1.  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、
     前記スイッチング素子に流れる電流の量を電圧値に変換するためのドレイン電流検出抵抗と、
     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、
     前記負荷を制御する負荷制御用マイクロコンピュータと、
     前記ドレイン電流検出抵抗の両端の電圧を前記負荷制御用マイクロコンピュータへフィードバックする回路とを備え、
     前記負荷制御用マイクロコンピュータは、前記ドレイン電流検出抵抗の両端の電圧の値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。
  2.  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と、
     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、
     前記コンデンサへの印加電圧を前記負荷制御用マイクロコンピュータへフィードバックする回路とを備え、
     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。
  3.  請求項1又は2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。
  4.  請求項1又は2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又は請求項2に記載の電源回路の構成部品の小型化を図った冷蔵庫。
  5.  請求項1又は2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。
  6.  請求項1又は2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又は請求項2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。
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