(57)【要約】【課題】センサに給電する第１の電源部と、制御回路に給電する第２の電源部とを分離するとともに、温度変化や電流変化による出力電圧の変動を確実に抑制することのできる電源回路、およびこれを備えた給湯機を提供すること。【解決手段】本発明の電源回路は、定電圧を出力する定電圧出力部（リニアレギュレータ１）と、定電圧出力部から出力された電力を、所定の検出対象を検出するセンサに供給する第１の電源部（外部ＩＣ・センサ用電源１２）と、定電圧出力部から出力された電力を、センサにより検出された信号に基づく演算処理を行う制御回路に供給する第２の電源部（マイコン用電源１３）と、定電圧出力部の停電時に制御回路に給電するべく、第２の電源部に接続されたバックアップ用電源（コンデンサ３）と、バックアップ用電源から定電圧出力部側へ電流が流れることを阻止する逆流阻止手段としてのＭＯＳ−ＦＥＴ６とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧を出力する定電圧出力部と、
前記定電圧出力部から出力された電力を、所定の検出対象を検出するセンサに供給する第１の電源部と、
前記定電圧出力部から出力された電力を、前記センサにより検出された信号に基づく演算処理を行う制御回路に供給する第２の電源部と、
前記定電圧出力部の停電時に前記制御回路に給電するべく、前記第２の電源部に接続されたバックアップ用電源と、
前記バックアップ用電源から前記定電圧出力部側へ電流が流れることを阻止する逆流阻止手段としてのＭＯＳ−ＦＥＴと、
を備える電源回路。
【請求項２】
前記定電圧出力部は、直流電圧を出力する入力電源と、前記入力電源から入力される電圧を定電圧化して出力するリニアレギュレータとを有し、
前記入力電源の電圧を前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲート信号に入力する請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記ＭＯＳ−ＦＥＴは、Ｎチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴであり、
前記ＭＯＳ−ＦＥＴのソースが前記定電圧出力部側に接続され、前記ＭＯＳ−ＦＥＴのドレインが前記バックアップ用電源側に接続されている前記請求項１または２記載の電源回路。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項記載の電源回路を備え、
前記センサにより検出された信号に基づいて前記制御回路がアクチュエータを制御することにより動作制御を行う給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路および給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
レギュレータ等の定電圧出力回路の出力電圧を、マイコン等の制御回路に給電する電源（以下、「マイコン用電源」と称する）と、プルアップ抵抗や外部ＩＣ、センサ等に給電する電源（以下、「外部ＩＣ・センサ用電源」と称する）とに分離するとともに、停電時にマイコン等の揮発性データをバックアップするために電気二重層コンデンサ等のバックアップ用電源をマイコン用電源側に設けた電源回路が知られている。
【０００３】
また、特許文献１には、直流電源をスイッチングして交流出力を得る第１のスイッチ素子と、この交流出力を第１のコンデンサを介して整流する第１の整流素子と、第１のコンデンサをチャージポンプ用コンデンサとして第２のコンデンサを充電する第２のスイッチ素子と、第１、第２のスイッチ素子を同期してオン／オフ制御する制御手段と、上記交流出力を整流して第３のコンデンサを充電する第２の整流素子と、第３のコンデンサへの充電電圧を一定に制御する安定化手段とを具備し、第２、第３のコンデンサのそれぞれの端子間を電源出力とするようにした多重出力スイッチングレギュレータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２１９７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したマイコン用電源および外部ＩＣ・センサ用電源を有する電源回路において、マイコン用電源のバックアップ用電源（電気二重層コンデンサ）の無駄な放電を避けるための構成として、定電圧出力回路の出力端子と電気二重層コンデンサとの間に、順方向電圧（以下、「Ｖｆ」と称する）の低いショットキーバリアダイオード（以下、「ＳＢＤ」と称する）をシリーズ接続する構成が考えられる。あるいは、定電圧出力回路とマイコン用電源との間、および定電圧出力回路と外部ＩＣ・センサ用電源との間に、一般整流用ダイオードをそれぞれシリーズ接続するとともに、シリーズ接続されたダイオードのＶｆによる電圧降下を避けるため、ブートストラップ用ダイオードをレギュレータのＧＮＤ端子と回路用ＧＮＤとの間に接続する構成も考えられる。
【０００６】
しかしながら、前者の構成では、マイコン用電源にシリーズ接続されたＳＢＤのＶｆが温度変化や電流変化に応じて変動することにより、マイコン用電源の電圧が変動する。後者の構成では、温度変化による影響はないが、マイコン用電源にシリーズ接続されたダイオードの電流変化によるＶｆの変動により、マイコン用電源の電圧が変動する。このようなことから、外部ＩＣ・センサ用電源から給電される抵抗等の分圧で形成されたセンサ類の出力電圧が一定であるにも関わらず、入力処理制御の基準であるマイコン用電源が電圧変動することによって、あたかもセンサ類の出力電圧が変動したかのような誤検知・誤動作につながるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、センサに給電する第１の電源部と、制御回路に給電する第２の電源部とを分離するとともに、温度変化や電流変化による出力電圧の変動を確実に抑制することのできる電源回路、およびこれを備えた給湯機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】
【０００８】
本発明に係る電源回路は、定電圧を出力する定電圧出力部と、定電圧出力部から出力された電力を、所定の検出対象を検出するセンサに供給する第１の電源部と、定電圧出力部から出力された電力を、センサにより検出された信号に基づく演算処理を行う制御回路に供給する第２の電源部と、定電圧出力部の停電時に制御回路に給電するべく、第２の電源部に接続されたバックアップ用電源と、バックアップ用電源から定電圧出力部側へ電流が流れることを阻止する逆流阻止手段としてのＭＯＳ−ＦＥＴと、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、センサに給電する第１の電源部と、制御回路に給電する第２の電源部とを分離するとともに、温度変化や電流変化による出力電圧の変動を確実に抑制することが可能となる。また、第２の電源部のバックアップ用電源からの漏れ電流を確実に抑制することができるので、バックアップ用電源の容量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の給湯機を示す図である。
【図２】図１に示す給湯機の電気回路の模式的なブロック図である。
【図３】比較例１の電源回路を示す図である。
【図４】比較例２の電源回路を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の電源回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の給湯機を示す図である。図１に示す給湯機１０１は、高温の湯を貯留する貯湯タンク（図示せず）を内蔵している。給湯機１０１は、貯湯タンク内から取り出した湯と、水道等から供給される水とを混合することにより、使用者が設定した温度の湯を生成し、その湯を浴槽（図示せず）に供給する機能を有している。給湯機１０１には、給湯動作を制御する機能を有する電気回路１０２が設けられている。電気回路１０２には、商用電源１０３が給電されている。図示を省略するが、湯を沸き上げる加熱手段は、貯湯タンク内に設けられたヒータ、あるいはヒートポンプ式加熱装置などで構成される。また、給湯機１０１には、各種の配管、各種のアクチュエータ（水流を制御する電磁弁、送水ポンプ、湯と水とを混合する混合弁等）、各種のセンサ（温度センサ、流量センサ、浴槽水位センサ等）、浴槽追焚き用熱交換器などの各種の機器が搭載されているが、これらについても図示を省略する。
【００１３】
図２は、図１に示す給湯機１０１の電気回路１０２の模式的なブロック図である。この図に示すように、電気回路１０２は、マイクロコンピュータ等を用いた制御回路１０７を有している。制御回路１０７は、例えば浴室に設置されるリモコンなどのユーザーインターフェース装置（図示せず）からの指令と、上述した各種センサの検出信号とに基づいて、上述した各種アクチュエータの動作を制御する。以下の説明では、制御回路１０７以外に設けられた外部ＩＣと、上述した各種センサとをまとめて、「外部ＩＣ・センサ１０８」と称する。
【００１４】
浴槽水位センサは、例えば、浴槽に接続された配管内の圧力を検出することにより、浴槽内の水位を検出することができる。本実施形態の給湯機１０１は、浴槽の湯張りが完了した時の水位を記憶するとともに、浴槽内の湯が使用されて水位が低下したことが検出された場合に、自動で浴槽に給湯し、湯張り完了時の元の水位まで戻す制御（以下、「自動たし湯制御」と称する）を行う機能を有している。
【００１５】
電気回路１０２は、更に、商用電源整流回路１０４、電源回路１０５および１０６を有している。商用電源整流回路１０４は、商用電源１０３から給電された交流を整流して直流電圧に変換し、電源回路１０５に給電する。電源回路１０５は、絶縁機能を有するトランス等で構成され、商用電源整流回路１０４から供給される直流電圧を低電圧に変換し、電源回路１０６に給電する。電源回路１０６は、電源回路１０５から供給される直流電圧を安定化させて定電圧とし、制御回路１０７と、外部ＩＣ・センサ１０８とにそれぞれ給電する。制御回路１０７と外部ＩＣ・センサ１０８とは、相互に通信可能に接続されている。
【００１６】
以下、本実施形態の電源回路１０６の構成を説明する前に、本実施形態の電源回路１０６の作用効果をより理解し易くするため、比較例の電源回路１０６について説明する。図３は、比較例１の電源回路１０６を示す図である。図３に示す電源回路１０６は、定電圧出力部を構成するリニアレギュレータ１と、リニアレギュレータ１から出力された電力を外部ＩＣ・センサ１０８に供給する外部ＩＣ・センサ用電源１２（第１の電源部）と、リニアレギュレータ１から出力された電力を制御回路１０７に供給するマイコン用電源１３（第２の電源部）とを有している。
【００１７】
リニアレギュレータ１は、入力端子、出力端子、およびＧＮＤ（グラウンド）端子を有する三端子レギュレータで構成されている。リニアレギュレータ１の入力端子は、電源回路１０５からの直流電圧が給電される入力電源１１に接続されている。リニアレギュレータ１は、入力電源１１から入力される直流電圧を降圧・安定化して定電圧とし、出力端子に出力する。リニアレギュレータ１の出力端子から出力された電力は、外部ＩＣ・センサ用電源１２とマイコン用電源１３とに分岐される。マイコン用電源１３には、バックアップ用電源としてのコンデンサ３が接続されている。また、リニアレギュレータ１とコンデンサ３との間には、例えばＳＢＤ等の低Ｖｆダイオード２ａがシリーズ接続されている。すなわち、リニアレギュレータ１の出力端子は外部ＩＣ・センサ用電源１２と低Ｖｆダイオード２ａのアノードとにそれぞれ接続されており、低Ｖｆダイオード２ａのカソードはコンデンサ３の＋端子とマイコン用電源１３とにそれぞれ接続されている。なお、リニアレギュレータ１のＧＮＤ端子とコンデンサ３の−端子とは、回路用ＧＮＤ１４にそれぞれ接続されている。
【００１８】
このような比較例１の構成において、通常時は、リニアレギュレータ１から出力される電力が外部ＩＣ・センサ用電源１２を介して外部ＩＣ・センサ１０８に供給されるとともに、リニアレギュレータ１から出力される電力がマイコン用電源１３を介して制御回路１０７に供給される。また、リニアレギュレータ１から出力される電力によりコンデンサ３が充電される。
【００１９】
停電によりリニアレギュレータ１からの電力供給が途絶した場合には、コンデンサ３が放電することにより、制御回路１０７に給電される。この際、低Ｖｆダイオード２ａにより、コンデンサ３からの電流がリニアレギュレータ１側に流れることが阻止される。このようにして、停電時においても制御回路１０７への給電を維持することができるので、制御回路１０７のマイクロコンピュータの揮発性メモリに記憶されたデータを保持することができる。
【００２０】
比較例１の電源回路１０６では、低Ｖｆダイオード２ａによる電圧降下が小さいため、リニアレギュレータ１のＧＮＤ端子側にブートストラップ用のダイオードを設ける必要がないという利点がある。その一方で、低Ｖｆダイオード２ａの逆電圧漏れ電流が一般整流用ダイオードと比較すると１０倍程度大きくなるため、コンデンサ３の静電容量を大きくしなくてはならないという欠点がある。
【００２１】
上述した比較例１の電源回路１０６を備えた給湯機１０１において、以下のような問題がある。マイコン用電源１３にシリーズ接続された低Ｖｆダイオード２ａのＶｆの電圧変動は、順電流２０ｍＡを基準にすると、１ＡクラスのＳＢＤの場合、温度変化による電圧変動が１．６ｍＶ／℃程度となり、電流変化による電圧変動が２ｍＶ／ｍＡ程度となる。給湯機１０１の温度の変動が昼夜差で２０℃あるとすると、温度変化に起因するマイコン用電源１３の電圧変動は、３２ｍＶとなる。また、マイコン用電源１３の電流変動が１０ｍＡあるとすると、電流変化に起因するマイコン用電源１３の電圧変動は、２０ｍＶとなる。したがって、温度変化による影響と電流変化による影響とが重なった場合のマイコン用電源１３の電圧変動は、最大で５２ｍＶとなる。
【００２２】
浴槽水位センサの信号（出力電圧）は、例えば、外部ＩＣ・センサ用電源１２から給電される抵抗の分圧等によって形成される。制御回路１０７は、浴槽水位センサの信号を処理する増幅器・比較器等のアナログ回路を有している。制御回路１０７のアナログ回路における分解能が１０ビットであるとし、マイコン用電源１３の変動後の電圧が＋５Ｖであったとした場合、１分解能としては４．９ｍＶ程度となる。このため、５２ｍＶの差分が出た場合、１０分解能に相当するずれが生ずる。浴槽水位が一定であった場合、浴槽水位センサからの入力信号は一定であるので、１０分解能（浴槽水位で２ｃｍに相当）の検出誤差が生じる。この状態で水位低下により給湯機１０１が自動たし湯制御を行った場合を考えると、水位低下が４ｃｍ未満では動作せず、４ｃｍの水位低下を検出すると自動たし湯を実行するので、４ｃｍ−２ｃｍ＝２ｃｍの水位低下で自動たし湯が実行されてしまう場合がある。また、この場合、自動たし湯制御により４ｃｍ分の水位上昇をさせるので、湯張り完了時の水位よりも２ｃｍ（４ｃｍ−２ｃｍ）高い位置までたし湯されてしまう。このように、マイコン用電源１３の電圧変動により、自動たし湯制御における浴槽水位の制御に誤差が生ずるおそれがある。なお、上記の数値は、すべて一例である。
【００２３】
図４は、比較例２の電源回路１０６を示す図である。以下、図４を参照して比較例２の電源回路１０６について説明するが、上述した比較例１の電源回路１０６と共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。比較例２の電源回路１０６では、低Ｖｆダイオード２ａに代えて一般整流用のダイオード２ｂが設けられている。リニアレギュレータ１のＧＮＤ端子と回路用ＧＮＤ１４との間には、ダイオード２ｂのＶｆによるマイコン用電源１３の電圧降下分を補うための、ブートストラップ用ダイオード４が設けられている。また、リニアレギュレータ１と外部ＩＣ・センサ用電源１２との間には、ブートストラップ用ダイオード４のＶｆによる外部ＩＣ・センサ用電源１２の電圧上昇を相殺するために、ダイオード５がシリーズ接続されている。すなわち、リニアレギュレータ１の出力端子はダイオード５のアノードおよびダイオード２ｂのアノードにそれぞれ接続されており、ダイオード５のカソードは外部ＩＣ・センサ用電源１２に接続されており、ダイオード２ｂのカソードはコンデンサ３の＋端子とマイコン用電源１３とにそれぞれ接続されている。リニアレギュレータ１のＧＮＤ端子はブートストラップ用ダイオード４のアノードに接続されており、ブートストラップ用ダイオード４のカソードは回路用ＧＮＤ１４に接続されている。
【００２４】
このような比較例２の構成において、停電によりリニアレギュレータ１からの電力供給が途絶した場合には、コンデンサ３が放電することにより制御回路１０７に給電される。この際、ダイオード２ｂにより、コンデンサ３からの電流がリニアレギュレータ１側に流れることが阻止される。
【００２５】
上述した比較例２の電源回路１０６を備えた給湯機１０１において、以下のような問題がある。マイコン用電源１３にシリーズ接続されたダイオード２ｂのＶｆの電圧変動は、順電流２０ｍＡを基準にすると、１Ａクラスの一般整流用ダイオードの場合、電流変化による電圧変動が４ｍＶ／ｍＡ程度となる。したがって、マイコン用電源１３の電流変動が１０ｍＡあるとすると、マイコン用電源１３の電圧変動は、４０ｍＶとなる。このため、比較例１と同様に、１分解能が４．９ｍＶ程度とした場合、４０ｍＶの差分により８分解能に相当するずれが生じ、自動たし湯制御を行う場合に比較例１と同様の制御誤差が生ずる。上記の数値も、すべて一例である。
【００２６】
なお、比較例２の構成においては、温度変化による電圧変動については、ブートストラップ用ダイオード４の電圧変動と、ダイオード２ｂおよびダイオード５の電圧変動とが相殺するため、問題とならない。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態１の電源回路１０６を示す図である。以下、図５を参照して本実施形態の電源回路１０６について説明するが、上述した比較例１および２の電源回路１０６と共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２８】
図５に示す本実施形態の電源回路１０６では、入力電源１１が、リニアレギュレータ１の入力端子と、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）６のゲート端子とにそれぞれ接続されている。リニアレギュレータ１の出力端子は、外部ＩＣ・センサ用電源１２と、ＭＯＳ−ＦＥＴ６のソース端子とにそれぞれ接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ６のドレイン端子は、コンデンサ３の＋端子と、マイコン用電源１３とにそれぞれ接続されている。リニアレギュレータ１のＧＮＤ端子とコンデンサ３の−端子とは、回路用ＧＮＤ１４に接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ６としては、オン抵抗の小さいＭＯＳ−ＦＥＴを用いることが望ましい。また、本実施形態におけるＭＯＳ−ＦＥＴ６は、Ｎチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されている。
【００２９】
このような本実施形態の構成において、通常時は、入力電源１１の電圧がＭＯＳ−ＦＥＴ６のゲート端子に印加されることにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ６がオンしてドレイン−ソース間が低抵抗となる。このため、リニアレギュレータ１から出力される電力が、ＭＯＳ−ＦＥＴ６、マイコン用電源１３を介して、制御回路１０７に供給される。
【００３０】
一方、入力電源１１の停電時には、ＭＯＳ−ＦＥＴ６のゲート端子への電圧の印加が途絶することにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ６がオフする。このため、コンデンサ３からの電流がリニアレギュレータ１側に流れることがＭＯＳ−ＦＥＴ６により阻止され、コンデンサ３からの電流は制御回路１０７に給電される。
【００３１】
本実施形態の電源回路１０６によれば、オン抵抗が小さいＭＯＳ−ＦＥＴ６を用いたことにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ６による電圧降下が小さいため、リニアレギュレータ１のＧＮＤ端子側にブートストラップ用のダイオードを設ける必要がなく、また、外部ＩＣ・センサ用電源１２側にダイオードを設ける必要もないという利点がある。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ６の逆電圧漏れ電流はＭＯＳ−ＦＥＴ６の寄生ダイオードにより流れるが、その値は一般整流用ダイオードと同等であり、低Ｖｆダイオード２ａと比べて小さい。このため、本実施形態の電源回路１０６によれば、コンデンサ３の静電容量を大きくする必要がないという利点もある。
【００３２】
ＭＯＳ−ＦＥＴ６のオン抵抗を３Ａクラスの０．１Ωとした場合、順電流２０ｍＡを基準にすると、温度変化による電圧変動が０．０１ｍＶ／℃程度となり、電流変化による電圧変動が０．１ｍＶ／ｍＡ程度となる。給湯機１０１の温度の変動が昼夜差で２０℃あるとすると、温度変化に起因するマイコン用電源１３の電圧変動は、０．２ｍＶとなる。また、マイコン用電源１３の電流変動が１０ｍＡあるとすると、電流変化に起因するマイコン用電源１３の電圧変動は、１ｍＶとなる。したがって、温度変化による影響と電流変化による影響とが重なった場合のマイコン用電源１３の電圧変動は、最大でも１．２ｍＶにとどまる。したがって、前述したように１分解能が４．９ｍＶ程度とした場合、１．２ｍＶの差分が出た場合であっても、分解能のずれはない。このため、本実施形態の電源回路１０６を用いた給湯機１０１においては、比較例１および２のような、自動たし湯制御における浴槽水位の制御誤差を確実に防止することができる。
【００３３】
このように、本実施形態の電源回路１０６によれば、温度変化や電流変化による電圧変動を確実に抑制することができ、上述した自動たし湯制御における浴槽水位の制御誤差のような、マイコン用電源１３の電圧変動による弊害が発生することを確実に防止することができる。
【００３４】
なお、ＭＯＳ−ＦＥＴ６のオン抵抗をより小さいものにした場合、電流変化によるマイコン用電源１３の電圧変動を更に改善することができることは言うまでもない。
【００３５】
また、本実施形態では、入力電源１１の電圧（リニアレギュレータ１の入力電圧）をＭＯＳ−ＦＥＴ６のゲート信号に入力するよう構成したことにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ６のオン／オフ制御回路が不要となり、回路構成をより簡素化することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、浴槽水位検出に基づく動作制御を例示し、給湯機での実施例としたが、本発明は例えば、浴槽への湯はり動作での水位検出に基づく動作制御、蛇口への給湯温度コントロールでの給湯温度検出に基づく動作制御、ヒートポンプ等の沸き上げ手段の制御での冷媒や外気温度、入出水温度検出などに基づく動作制御にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１      リニアレギュレータ
２ａ    低Ｖｆダイオード
２ｂ    ダイオード
３      コンデンサ
４      ブートストラップ用ダイオード
５      ダイオード
１１    入力電源
１２    外部ＩＣ・センサ用電源
１３    マイコン用電源
１４    回路用ＧＮＤ
１０１  給湯機
１０２  電気回路
１０３  商用電源
１０４  商用電源整流回路
１０５  電源回路
１０６  電源回路
１０７  制御回路
１０８  外部ＩＣ・センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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