(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源が接続される交流電源接続部と、
前記交流電源接続部から入力される交流電力を整流して第１直流電力を出力する整流回路と、該整流回路を、前記交流電力を全波整流する全波整流状態と、前記交流電力を倍電圧整流する倍電圧整流状態とに切り替える整流状態切替部とを有する第１電源回路と、
第１スイッチング素子と、１次側が前記第１スイッチング素子を介して前記整流回路の出力部に接続されると共に２次側が第１電気負荷に接続される第１トランスと、前記第１スイッチング素子をスイッチング動作させて生成した第２直流電力を前記第１電気負荷に供給し、前記第１電気負荷に所定電圧が印加されるように、前記第１スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを調節する定電圧制御部とを有する第２電源回路と、
第２スイッチング素子と、１次側が前記第２スイッチング素子を介して前記整流回路の出力部に接続されると共に２次側が、回転駆動部を備える第２電気負荷に接続される第２トランスと、前記第２スイッチング素子をスイッチング動作させて生成した第３直流電力を前記第２電気負荷に供給し、前記第２電気負荷に所定電流を供給し維持するため、目標電流と前記回転駆動部の通電量との差を減少させるように前記第２スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを調節する定電流制御部とを有する第３電源回路と、
前記第２トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部による検出電流が過電流判定レベル以上となったときに、前記第３電源回路及び前記第２電源回路の作動を停止する過電流対処部と
を備えたことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧が異なる交流電力の入力に対応した電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧が異なる複数の交流電力の入力に対応した整流回路を備えた電源装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された電源装置は、ＡＣ２３０ＶとＡＣ１１５Ｖの交流電力の入力に対応した構成となっており、ＡＣ２３０Ｖの交流電力が入力されたときは全波整流回路により直流電力を生成し、ＡＣ１１５Ｖの交流電力が入力されたときには半波の倍電圧整流回路により直流電力を生成している。
【０００４】
そして、電源装置の入力コネクタに接続されるＡＣケーブルのコネクタ内の端子配線を、ＡＣ２３０Ｖ用とＡＣ１１５Ｖ用とで異なる配線とすることにより、入力される交流電力の電圧に応じた整流回路が選択されるようにしている。
【０００５】
また、特許文献２に記載された電源装置は、ＡＣ１００Ｖ用の機器にＡＣ２００Ｖが誤入力されたときに、電源回路を保護するための構成を有している。この構成は、整流後の直流電圧が一定値に達するまでは、倍電圧整流回路により直流電力を生成し、整流後の直流電圧が一定値を超えたときには、全波整流回路に切り替えて直流電力を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１０７６３７号公報
【特許文献２】特開昭６３−８７１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された電源装置は、ＡＣケーブルのコネクタ内の配線によって、電圧が異なる交流電源との接続状態を切り換える構成であるため、使用する交流電力の電圧に適応したコネクタが装着されたＡＣケーブルを用意する必要がある。そして、ＡＣ１００Ｖの交流電源を接続するときに、誤ってＡＣ２００Ｖ用のＡＣケーブルを用いると、ＡＣ１００Ｖの交流電力を全波整流することになって、整流回路から出力される直流電力の電圧が低下する。
【０００８】
ここで、定電圧出力型のスイッチング方式の電源装置においては、一定電圧の出力が維持されるように、整流回路から出力される直流電力をトランスの１次側に間欠的に入力して、トランスの２次側に生じる直流電力を平滑して出力する。そして、上述したように、ＡＣケーブルの誤接続によって、整流回路から出力される直流電力の電圧が低下すると、トランスの２次側に生じる電力量を確保するために、トランスの１次側の通電量が増加する。その結果、電源装置を構成する部品に過電流が流れて、部品の故障が生じるおそれがある。
【０００９】
また、特許文献２に記載された電源装置では、交流入力の誤接続は生じないが、全波整流を行っている状態で交流電圧が低下したときには、トランスの２次側に生じる電力量を確保するために、トランスの１次側の通電量が増加して、過電流による部品の故障が生じるおそれがある。
【００１０】
そこで、トランスの１次側の通電量を監視して、過電流が生じたときに電源装置の作動を停止することが考えられるが、定電圧型のスイッチング方式の電源装置においては、トランスの１次側の通電量が２次側に接続される電気負荷の消費電力によって変動するため、過電流を精度良く検知することが難しい。
【００１１】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、交流電源の誤接続又は交流電力の電圧変動による過電流の発生を精度良く検知して、過電流による構成部品の故障を防止することができる電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電源装置は、
交流電源が接続される交流電源接続部と、
前記交流電源接続部から入力される交流電力を整流して第１直流電力を出力する整流回路と、該整流回路を、前記交流電力を全波整流する全波整流状態と、前記交流電力を倍電圧整流する倍電圧整流状態とに切り替える整流状態切替部とを有する第１電源回路と、
第１スイッチング素子と、１次側が前記第１スイッチング素子を介して前記整流回路の出力部に接続されると共に２次側が第１電気負荷に接続される第１トランスと、前記第１スイッチング素子をスイッチング動作させて生成した第２直流電力を前記第１電気負荷に供給し、前記第１電気負荷に所定電圧が印加されるように、前記第１スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを調節する定電圧制御部とを有する第２電源回路と、
第２スイッチング素子と、１次側が前記第２スイッチング素子を介して前記整流回路の出力部に接続されると共に２次側が、回転駆動部を備える第２電気負荷に接続される第２トランスと、前記第２スイッチング素子をスイッチング動作させて生成した第３直流電力を前記第２電気負荷に供給し、前記第２電気負荷に所定電流を供給し維持するため、目標電流と前記回転駆動部の通電量との差を減少させるように前記第２スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを調節する定電流制御部とを有する第３電源回路と、
前記第２トランスの１次側に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部による検出電流が過電流判定レベル以上となったときに、前記第３電源回路及び前記第２電源回路の作動を停止する過電流対処部と
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、第１電源回路は、整流状態切替部により、整流回路を全波整流状態と倍電圧整流状態とに切り替える構成となっている。この構成により、高電圧（例えばＡＣ２００Ｖ）の交流電力が入力される場合は整流回路を全波整流状態に設定し、低電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）の交流電力が入力される場合には整流回路を倍電圧整流状態に設定して、一定電圧の第１直流電力を生成することができる。
【００１４】
しかしながら、整流回路が全波整流状態に設定された状態で、誤って低電圧の交流電力が入力されると、第１電源回路で生成される第１直流電力の電圧が低くなる。そしてこの場合には、第２電源回路においては、第２直流電力の電圧を所定電圧に維持するために、第１スイッチング素子のスイッチング動作において、第１スイッチング素子が導通状態となる期間が増加して第１トランスの１次側に流れる電流量が増加する。
【００１５】
また、第３電源回路においても、第３直流電力の電流を所定電流に維持するために、第２スイッチング素子のスイッチング動作において、第２スイッチング素子が導通状態となる期間が増加して第２トランスの１次側に流れる電流が増加する。そして、このような電流の増加により、第２電源回路又は第３電源回路の構成部品の故障が生じるおそれがある。
【００１６】
このような過電流による部品の故障を防止するために、第１トランスの１次側に流れる電流を監視することが考えられるが、第１トランスの１次側に流れる電流は、第１トランスの２次側に接続される第１電気負荷の消費電力の変化に応じて変動するため、過電流の発生を精度良く検知することが困難である。
【００１７】
それに対して、第３電源回路においては、第２トランスの２次側に接続される第２電気負荷に供給される電流量が、定電流制御部によって一定に維持されるため、第２トランスの１次側に流れる電流は、交流電力の電圧に応じた一定レベルになる。
【００１８】
そこで、過電流対処部は、電流検出部により検出される第２トランスの１次側に流れる電流が過電流判定レベル以上となったときに、第２電源回路及び第３電源回路の作動を停止する。これにより、交流電源の誤接続又は交流電力の電圧変動による過電流の発生を精度良く検知して、第２電源回路及び第３電源回路の構成部品の故障を防止することができる。
【００１９】
そして、本発明によれば、定電圧型の第２電源回路と定電流型の第３電源回路とを備えた電源装置において、定電流型の第３電源回路の構成を活用して過電流を検知しているため、交流電源の誤接続又は交流電力の電圧変動による過電流の発生を精度良く検知するための構成を簡易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電源装置の構成図。
【図２】過電流に対応した処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態の一例について、図１〜図２を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態の電源装置１は、電源基板２と制御基板１０とにより構成されている。
【００２２】
電源基板２は、ＡＣ２００Ｖ又はＡＣ１００Ｖの交流電源３が接続される交流電源コネクタ４（本発明の交流電源接続部に相当する）、交流電源コネクタ４に接続されて、交流電源３から供給される交流電力から電圧ＨＶの第１直流電力Ｐ１を生成する第１電源回路２０、第１電源回路２０の出力部（図１中のＨＶ及びＨＣＯＭ）に接続されて第１直流電力Ｐ１から１３Ｖ（本発明の所定電圧に相当する）の第２直流電力Ｐ２を生成する第２電源回路３０、第２直流電力Ｐ２から５Ｖの第４直流電力Ｐ４を生成するレギュレータ４０（本発明の第１電気負荷に相当する）、第１電源回路２０の出力部に接続されて定電流出力の第３直流電力Ｐ３を生成する第３電源回路５０、ファン７の回転速度を検出するファン回転速度検出回路６０、第３電源回路５０の１次側電流（詳細は後述する）を検出する電流検出回路６１、ファン７（本発明の第２電気負荷に相当する）が接続されるファンコネクタ５、及び制御基板１０が接続される制御基板コネクタ６を備えている。
【００２３】
第１電源回路２０は、入力部が交流電源コネクタ４の接続端子４ａ、４ｂに接続された整流回路２１、切り替えスイッチ２２（本発明の整流状態切替部に相当する）、及び整流回路２１の出力部間（ＨＶ−ＨＣＯＭ間）に直列に接続されたコンデンサ２３，２４を備えている。
【００２４】
切り替えスイッチ２２は、整流回路２１の接続端子４ｂ側の入力部とコンデンサ２３，２４の接続箇所との間に接続されている。切り替えスイッチ２２が遮断状態であるときは、整流回路２１は全波整流回路として機能する（全波整流状態）。また、切り替えスイッチ２２が導通状態であるときには、整流回路２１は倍電圧整流回路として機能する（倍電圧整流状態）。
【００２５】
電源装置１の設置者又は使用者（以下、使用者等という）は、ＡＣ２００Ｖの交流電源３を電源基板２に接続するときは、切り替えスイッチ２２を遮断状態として整流回路２１を全波整流状態とする。また、ＡＣ１００Ｖの交流電源３を電源基板２に接続するときには、使用者等は、切り替えスイッチ２２を導通状態として整流回路２１を倍電圧整流状態とする。
【００２６】
このように、接続する交流電源３の電圧仕様（ＡＣ２００Ｖ又はＡＣ１００Ｖ）に合わせて、切り替えスイッチ２２を遮断状態と導通状態とに切り替えることによって、第１電源回路２０から出力される第１直流電力Ｐ１の電圧をほぼ一定に維持することができる。
【００２７】
第２電源回路３０は、１次コイル３１ａ及び２次コイル３１ｂを有する第１トランス３１と、第１電源回路２０の出力部間（ＨＶ−ＨＣＯＭ間）に第１トランス３１の１次コイル３１ａと共に直列に接続された第１スイッチング素子３２（本実施形態ではＦＥＴを例示）及び抵抗３３と、第１トランス３１の２次コイル３１ｂに接続された第１平滑回路３７と、第１平滑回路３７の出力電圧が１３Ｖとなるように第１スイッチング素子３２のスイッチングタイミング（所定のスイッチング周期における第１スイッチング素子３２の導通期間と遮断期間との割合）を調節する定電圧制御回路３４（本発明の定電圧制御部に相当する）とを備えている。
【００２８】
第１平滑回路３７は、第１トランス３１の２次コイル３１ｂの高電位側に接続されたダイオード３５と、２次コイル３１ｂに並列に接続されたコンデンサ３６とにより構成されている。第２電源回路３０は、一定電圧（１３Ｖ）の第２直流電力Ｐ２を出力する。
【００２９】
第２電源回路３０の出力部に接続されたレギュレータ４０は、第２電源回路３０で生成された第２直流電力Ｐ２から５Ｖの第４直流電力Ｐ４を生成する。
【００３０】
第３電源回路５０は、１次コイル５１ａ及び２次コイル５１ｂを有する第２トランス５１と、第１電源回路２０の出力部間（ＨＶ−ＨＣＯＭ間）に第２トランス５１の１次コイル５１ａと共に直列に接続された第２スイッチング素子５２（本実施形態ではＦＥＴを例示）及び抵抗５３と、第２トランス５１の２次コイル５１ｂに接続された第２平滑回路５７と、第２平滑回路５７の出力電流が目標電流（本発明の所定電流に相当する）となるように第２スイッチング素子５２のスイッチングタイミング（所定のスイッチング周期における第２スイッチング素子５２の導通期間と遮断期間との割合）を調節する定電流制御回路５４（本発明の定電流制御部に相当する）とを備えている。
【００３１】
第２平滑回路５７は、第２トランス５１の２次コイル５１ｂの高電位側に接続されたダイオード５５と、２次コイル５１ｂに並列に接続されたコンデンサ５６とにより構成されている。第３電源回路５０は、一定電流（目標電流）の第３直流電力Ｐ３を出力する。
【００３２】
ファンコネクタ５により接続されたファン７は、例えば給湯器のバーナに燃焼用空気を供給する燃焼用ファンであり、羽根７ｂを回転駆動するモータ７ａとモータ７ａの回転速度（ファン７の回転速度）を検出する回転速度センサ７ｃとを備えている。
【００３３】
モータ７ａは、ファンコネクタ５の接続端子５ａ及び５ｂに接続されて、第３電源回路５０から一定電流（目標電流）の第３直流電力Ｐ３が供給される。目標電流は、ファン７の目標回転速度に応じて決定される。
【００３４】
回転速度センサ７ｃはファンコネクタ５の接続端子５ｃに接続され、回転速度センサ７ｃの速度検出信号がファン回転速度検出回路６０に入力されて信号処理され、ファン回転速度検出回路６０から出力される回転速度信号Ｒｓが、制御基板コネクタ６の接続端子６ａを介して制御基板１０に入力される。
【００３５】
また、電流検出用抵抗６２における降下電圧が定電流制御回路５４に入力され、定電流制御回路５４は、制御基板１０から接続端子６ｂを介して入力される目標電流Ｉcmdと、抵抗６２における降下電圧Ｖfsから認識されるモータ７ａの通電量との差を減少させるように、第２スイッチング素子５２のスイッチングタイミングを調節する。
【００３６】
制御基板１０は、図示しないＣＰＵ、メモリ、各種インターフェース回路等により構成され、メモリに保持された電源装置１用の制御プログラムをＣＰＵにより実行することによって、過電流対処部１１として機能する。なお、過電流対処部１１をハードウェアロジックにより構成してもよい。
【００３７】
制御基板１０には、制御基板コネクタ６の接続端子６ｄ，６ｅを介して５Ｖの第４直流電力Ｐ４が供給され、また、接続端子６ｃ，６ｆを介して１３Ｖの第２直流電力Ｐ２が供給される。第４直流電力Ｐ４は、ＣＰＵ，メモリ等の制御用の電子部品の作動に使用され、第２直流電力Ｐ２は、制御基板１０に接続されるアクチュエータ・表示器８０（本発明の第１電気負荷に相当する）と、センサ・スイッチ９０（本発明の第１電気負荷に相当する）の作動に使用される。
【００３８】
ここで、電源基板２から制御基板１０に供給される５Ｖの第４直流電力Ｐ４と１３Ｖの第２直流電力Ｐ２は、レギュレータ４０の消費電力と、制御基板１０に接続されたアクチュエータ・表示器８０の消費電力と、制御基板１０に接続されたセンサ・スイッチ９０の消費電力とに応じて変動する。特に、給湯装置においては、アクチュエータ（電磁弁、比例弁、イグナイタ等）の作動の有無に応じて、消費電力が大きく変動する。
【００３９】
そして、第２電源回路３０においては、このような消費電力の変動に対して、出力電圧を１３Ｖに維持するために、第１スイッチング素子３２のスイッチング動作のタイミングが頻繁に変更され、第１トランス３１の１次コイル３１ａに流れる電流が変動する。
【００４０】
それに対して、第３電源回路５０においては、ファン７の作動中は出力電流が一定（目標電流）に維持されるため、第２スイッチング素子５２のスイッチング動作のタイミングが一定になり、第２トランス５１の１次コイル５１ａに流れる電流も一定となる。
【００４１】
次に、過電流対処部１１により実行される交流電源３の誤接続に対応した処理について説明する。
【００４２】
ＡＣ１００Ｖの交流電源３を電源基板２に接続する場合、上述したように、使用者等は、切り替えスイッチ２２を導通状態にして整流回路２１を倍電圧整流状態にする必要がある。そして、切り替えスイッチ２２が遮断状態であるときに、使用者等が誤ってＡＣ１００Ｖの交流電源３を電源基板２に接続すると、第１電源回路２０の出力電圧ＨＶが、正常接続時の１／２になる。
【００４３】
その結果、第２電源回路３０においては、出力電圧を１３Ｖに維持するために、第１スイッチング素子３２のスイッチング動作における導通期間の割合が高くなって、第１トランス３１の１次コイル３１ａに過電流が流れるおそれがある。
【００４４】
また、第３電源回路５０においても、目標電流（Ｉcmd）の出力を維持するために、第２スイッチング素子５２のスイッチング動作における導通期間の割合が高くなって、第２トランス５１の１次コイル５１ａに過電流が流れるおそれがある。
【００４５】
そして、このような過電流の発生により、第２電源回路３０又は第３電源回路５０の構成部品の故障が生じるおそれがある。そこで、第２電源回路３０において、第１トランス３１の１次コイル３１ａに流れる電流を監視して、所定の過電流判定レベル以上の電流が検出されたときに第２電源回路３０及び第３電源回路５０の作動を停止（第１スイッチング素子３２及び第２スイッチング素子５２を遮断状態に維持）することが考えらえる。
【００４６】
しかしながら、第２電源回路３０の出力電力は、上述したように制御基板１０に接続されたアクチュエータ等の作動状況に応じて大きく変動するために、１次コイル３１ａに流れる電流が過大になったことを精度良く検知することが困難である。
【００４７】
それに対して、第３電源回路５０は、ファン７の作動時に一定電流（目標電流Ｉcmd）を供給するため、ファン７の作動時における第３電源回路の出力電力はほぼ一定になる。そこで、電源基板２には、第３電源回路５０の第２トランス５１の１次コイル５１ａに流れる電流を、抵抗５３における降下電圧Ｖcsから検出する電流検出回路６１が設けられている。なお、抵抗５３と電流検出回路６１とにより、本発明の電流検出部が構成される。
【００４８】
電流検出回路６１による電流検出信号Ｉcsは、制御基板コネクタ６の接続端子６ｇを介して制御基板１０に入力される。また、制御基板コネクタ６の接続端子６ｈを介して、制御基板１０から定電圧制御回路３４の制御入力部に、定電圧制御回路３４を作動状態（第１スイッチング素子３２をスイッチング動作させる状態）と停止状態（第１スイッチング素子３２を遮断状態に維持する状態）とを切り替える制御信号Ｃr1が入力される。
【００４９】
以下、図２に示したフローチャートに従って、過電流対処部１１による処理について説明する。
【００５０】
過電流対処部１１は、図２のＳＴＥＰ１で、ファン７が作動中であるときにＳＴＥＰ２に進む。ＳＴＥＰ２で、過電流対処部１１は、第３電源回路５０の第２トランス５１の１次コイル５１ａに流れる電流Ｉcs（１次側電流）を、電流検出回路６１から出力される電流検出信号に基づいて測定する。
【００５１】
続くＳＴＥＰ３で、過電流対処部１１は、測定電流Ｉcsが過電流判定レベル以上であるか否かを判断する。そして、測定電流Ｉcsが過電流判定レベル以上であるときはＳＴＥＰ１０に分岐し、第２電源回路３０の定電圧制御回路３４に、作動停止を指示する制御信号を入力する。さらに、続くＳＴＥＰ１１で、過電流対処部１１は、第３電源回路５０の定電流制御回路５４に対する目標電流Ｉcmdをゼロにする。
【００５２】
ＳＴＥＰ１０の処理により第２電源回路３０が作動を停止し、また、ＳＴＥＰ１１の処理により第３電源回路５０が作動を停止する。これにより、第２電源回路３０及び第３電源回路５０において、過電流により部品が故障することを防止することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、本発明の第１電気負荷として、レギュレータ４０、アクチュエータ・表示器８０、及びセンサ・スイッチ９０を示したが、本発明の第１電気負荷は、一定電圧による電力供給がなされる電気負荷であればよい。
【００５４】
また、第２電気負荷としてファン７を示したが、本発明の第２電気負荷は、一定電流による電力供給がなされる電気負荷であればよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…電源装置、２…電源基板、３…交流電源、４…電源コネクタ、５…ファンコネクタ、６…制御基板コネクタ、７…ファン、１０…制御基板、１１…過電流対処部、２０…第１電源回路、２１…整流回路、２２…切り替えスイッチ、３０…第２電源回路、３１…第１トランス、３１…第１トランスの１次コイル、３２…第１スイッチング素子、３７…第１平滑回路、４０…（５Ｖ）レギュレータ、５０…第３電源回路、５１…第２トランス、５１ａ…第２トランスの１次コイル、５２…第２スイッチング素子、５３…電流検出用抵抗、５４…定電流制御回路、５７…第２平滑回路、６０…ファン回転検知回路、６１…電流検出回路、８０…アクチュエータ・表示器、９０…センサ・スイッチ。
【図１】
0006635782.tif 000002
【図２】
0006635782.tif 000003