JP2005295761A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機の電源回路において、力率を改善し、待機時消費電圧を低減する。
【解決手段】交流一次側電圧を高圧直流電圧に変換するダイオードブリッジ３と複数の平滑用コンデンサ４，５と高圧直流電圧を低圧直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ６により電源回路を構成し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ６の二次側負荷レベルを検出し、その検出値に基づき平滑用コンデンサを選択して接続することにより、コンデンサ容量を小さくして力率改善を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機等に使用される電源回路に係り、平滑用コンデンサ容量を可変制御し、効率改善を目標とした、電源回路に関するものである。

従来、この種の空気調和機の電源回路では、交流電源からの交流電圧はノイズフィルタを通った後ダイオードブリッジによって直流電圧に整流され、整流後の直流電圧が平滑用コンデンサにより平滑され、ＤＣ／ＤＣコンバータにて一定の電圧値に変換され、各アクチュエータ等に出力される。（例えば特許文献１参照）
図３に示すように交流電源１と、ノイズフィルタ２と、ダイオードブリッジ３、平滑用コンデンサ４容量Ｃ１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６から構成されている。
実開平２−１３１１５８号公報

従来、室内の空調を行う空気調和機の電源には、空気調和機の制御を行う制御系電源、リレー、ステッピングモーター等の各種駆動機構（アクチュエータ等）を駆動するためのパワー系電源とファンモータを駆動させる電源が必要である。例えば、制御系電源として５Ｖ、パワー系電源として１２Ｖの直流電圧、ファンモータ駆動用電源として０〜４０Ｖ可変直流電圧が必要とされるため、コンデンサは二次側最大出力供給に充分な大容量のものを要求される。しかしながら、空気調和機の待機時には、可変直流電圧の必要はなく、制御系回路を動作させるための一定電圧５Ｖが必要なだけであるため、コンデンサ容量は運転時に比べ低容量ですむが、最大出力供給に合わせた大容量のままである。この容量の差が力率を悪くし、不要電力損失となり、待機時消費電力を増加させる原因となっている。

上記課題を解決するために本発明の電源回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側負荷レベルを検出し、その検出値に基づき前記複数の平滑用コンデンサを選択して接続するようにしたもので、この構成により平滑用コンデンサの容量はＤＣ／ＤＣコンバータの二次側負荷レベルに合わせて大容量と低容量に切り換えることにより、力率を改善し、待機時消費電力を低減させることができる。

本発明の電源回路は、力率を改善することができ、効率よく電力を消費するので、その結果、待機時消費電力が低減することができる。

第１の発明は、電源回路を構成している平滑用コンデンサに切り換え手段を設け、切り換え手段により平滑用コンデンサの容量を可変し減少させ、力率を改善し、消費電力を低減させることができる。

第２の発明は、コモンモードチョークコイルの性質を利用して、等価的にインダクタンスとして作用させ、力率を改善し、消費電力を低減させることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の電源回路を空気調和機に搭載して、空気調和機待機時に平滑用コンデンサの容量を減少させ、力率を改善し、待機時消費電力を低減させ
ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本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における電源回路のブロック図である。

従来例の図３において、平滑用コンデンサをコンデンサ４容量Ｃ１とコンデンサ２容量Ｃ２の２個直列にして、その間に切り換え手段９を設け、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の二次側負荷レベルを検出して、その検出レベル情報７に基づいて、切り換えを指示する切り換え指示手段８を有する構成となっている。ここで、Ｃ１＝Ｃ２とする。この時の平滑用コンデンサ容量はＣ１／２である。以上のように構成された制御ブロックについて、以下その動作、作用を説明する。

空気調和機が運転動作を始めると各種駆動機構（アクチュエータ等）や制御系回路を駆動させるために、二次側電力の充分な供給が必要となるため、コンデンサは大容量のものを要求される。一方、空気調和機が運転待機時には、制御系回路の動作のみ必要となるだけで、コンデンサは低容量のもので十分である。

このことから、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の二次側負荷レベルを検出し、その検出した二次側負荷レベル情報７が所定値より大きい場合に、切り換え手段９において、端子Ｓ１と端子Ｓ３を接続して、平滑用コンデンサをコンデンサ４容量Ｃ１のみとして、平滑用コンデンサの総容量を増加することができる。

以上のように、本実施の形態１では、二次側負荷レベルにより平滑用コンデンサ容量を切り換えることで、電流実効値を低減させ、コンバータが消費する電力、電圧は一定であるため、下記（式１）及び（式２）より力率を改善することができ、電力損失を低減し、空気調和機の待機時消費電力を低減することができる。
Ｐ＝Ｅｉｃｏｓθ（式１）
ｃｏｓθ＝Ｒ／√（Ｒ^２＋（ωＬ−１／ωＣ）^２）（式２）
次に、Ｐは高圧直流電圧変換後の電力、Ｅは電圧実効値、Ｉは電流実効値、Ｌはインダクタンス、Ｃはコンデンサ容量、Ｒは抵抗、ｃｏｓθは力率を表す。

次に、待機時消費電力低減の詳細な説明を行うと、例えば、図１で空気調和機の待機時消費電力（入力電圧）Ｐｉｎは０．８Ｗで、力率は３５％とすると、実際に高圧直流電圧変換後の電力Ｐは、下記（数３）より０．２８Ｗと求められる。この力率を本発明により、仮に７０％まで改善したとすると、（数３）より、待機時消費電力Ｐｉｎは０．４Ｗとなり、待機時消費電力を低減することができる。
Ｐｉｎ＝Ｐ・ｃｏｓθ（式３）
ここで、Ｐｉｎは空気調和機の待機時消費電力、Ｐは高圧直流電圧変換後の電力を示す。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における電源回路の制御ブロック図であり、本実施の形態２の電源回路の回路構成、動作は基本的に実施の形態１と同じである。

実施の形態１のように、複数の平滑用コンデンサの切り換え手段による切り換えでは、複数の平滑コンデンサを配置するスペースやコストが発生してしまう。そのため、本実施の形態では、図２に示すように全波整流直流電圧を低電圧に変換するスイッチング電源の
ノイズ低減用のノイズフィルタをＤＣ／ＤＣコンバータ６の二次側負荷レベルの検出レベル情報７に基づいて、切り換え手段１４により、ノイズフィルタ１０とノイズフィルタ１１と切り換えられるように設けている。

また、このノイズフィルタ１０は対称形コモンモードチョークコイル１２で構成されており、ノイズフィルタ１１は非対称形コモンモードチョークコイル１３で構成されている。理想的なコモンモードチョークコイルは互いに磁束を打ち消すように働き、回路上では作用していないことと同等である。そこで、コイルを中心から見て、非対称形にすることで、打ち消しあうことのできない磁束が増加され、等価的にノーマルモードチョーク成分を増加することとなり、一次回路インダクタンスとして作用させることができる。

前記実施の形態１のように、二次側負荷レベル情報７が所定値より小さい場合に切り換え手段９において、端子Ｓ３と端子Ｓ４を接続して、非対称形のコモンモードチョークコイルで構成されたノイズフィルタ１３を選択して、インダクタンスを増加させることで、（式２）より、力率を改善し電力損失を低減し、空気調和機の消費電力をさらに低減し、さらに平滑用コンデンサより小さく、安価であるノイズフィルタを使用することで、基板の小型化、低コスト化を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる電源回路は、待機時消費電力の低減が可能となるので、リモコンを備えていて機器としての消費電力が大きい電子・電気機器の効率改善を目標とした電源回路の用途にも適応できる。

本発明の実施の形態１における電源回路のブロック図 本発明の実施の形態２における電源回路のブロック図 従来の電源回路のブロック図

符号の説明

１ 交流電圧
２ ノイズフィルタ
３ ダイオードブリッジ
４ コンデンサ容量Ｃ１
５ コンデンサ容量Ｃ２
６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
７ 二次側負荷レベル情報
８ 切り換え指示手段
９ 切り換え手段
１０ ノイズフィルタ
１１ ノイズフィルタ
１２ コモンモードチョークコイル（対称形）
１３ コモンモードチョークコイル（非対称形）
１４ 切り換え手段

Claims (3)

1. 交流一次電源を高圧直流電圧に変換するダイオードブリッジと、複数の平滑用コンデンサと、高圧直流電圧を低圧電流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータにより電源回路を構成し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側負荷レベルを検出し、その検出値に基づき、前記複数の平滑用コンデンサを切り換え手段により切り換えることにより容量を減少させることを特徴とした電源回路。
2. 交流一次電源とダイオードブリッジ間にコモンモードチョークコイルにて構成された複数のノイズフィルタを設け、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側負荷レベルを検出し、その検出値に基づき、前記複数のノイズフィルタを切り替え手段により、非対称形コモンモードチョークコイルで構成されたノイズフィルタに切り換えることを特徴とした電源回路。
3. 請求項１または２に記載の電源回路を搭載した空気調和機。

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