(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともダイオードブリッジおよび平滑コンデンサを実装する回路基板であって、
ダイオードが実装可能な１対の導体ランドパターンを有する第１のダイオード配置部および第２のダイオード配置部と、
短絡部品が実装可能な１対の導体ランドパターンを有し、前記短絡部品の実装の有無によって、前記１対の導体ランドパターン間の短絡および開放の切り替えが可能な切替部と、
前記切替部の第１の導体ランドパターンと、前記平滑コンデンサと、前記第１のダイオード配置部のカソード側の導体ランドパターンと、前記第２のダイオード配置部のカソード側の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと、
前記切替部の第２の導体ランドパターンと、前記ダイオードブリッジとが接続される配線パターンと
を備える、回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板の前記第１のダイオード配置部および前記第２のダイオード配置部にダイオードを未実装とすることで、前記第１のダイオード配置部および前記第２のダイオード配置部の導体ランドパターンを開放し、
前記回路基板の前記切替部を短絡したことを特徴とする、
回路。
【請求項３】
請求項１に記載の回路基板の前記第１のダイオード配置部および前記第２のダイオード配置部にダイオードを実装し、
前記回路基板の前記切替部を開放したことを特徴とする、
回路。
【請求項４】
前記第１のダイオード配置部および前記第２のダイオード配置部に実装されるダイオードは、前記ダイオードブリッジを構成するダイオードよりも、逆回復時間が短いことを特徴とする、請求項３に記載の回路。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の回路を備える、空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品の実装の有無によって異なる仕様に対応した構成を選択できる回路基板、回路およびその回路を備える空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に空気調和装置は、交流電源とモータを駆動させるインバータ回路の間に力率改善回路を搭載して構成され、インバータ回路を駆動させた時に発生する高調波電流を力率改善回路にて抑制する。力率改善回路の高調波電流を抑制する技術として、例えば、特許文献１および特許文献２に示す空気調和装置が開発されている。
【０００３】
高調波電流は、国や地域（以下、国および地域をまとめて「地域」として参照する）によって要求される規格が異なる。高調波電流を規制する規格の例としては、ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）規格が挙げられ、中国や欧州などの地域で採用されている。一方で、高調波電流に関する規制が比較的緩やかな地域があり、例えば日本国では、高調波電流に関しては、入力電力６００Ｗを超えるエアコンに対しては規制値軽減措置が設けられている。そのため、規制が緩やかな地域向けの空気調和装置と、厳格な規制が求められる地域向けの空気調和装置とでは、異なる力率改善回路が搭載されていた。
【０００４】
ところで、回路基板の開発コストや評価時間などを低減させるために、共通化した回路基板によって異なる仕様に対応させたいという要求がある。例えば、特許文献３は、配線パターンの接続の選択によって、異なる仕様に対応可能な回路基板を開示している。
【０００５】
しかしながら、特許文献３は、放電部の沿面距離を規格に対応させるべく、回路基板を共通化する技術であり、上述したような仕向け地に応じて規格の異なる高調波電流に対応するための回路基板は開発されていなかった。そのため、空気調和装置における高調波電流の規格が異なる仕向け地に対応する、共通化した回路基板が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２６３７４号公報
【特許文献２】特開２００８−２５９４２２号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２５６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、異なる仕様に対応した構成を選択できる回路基板、この回路基板を用いた回路およびこの回路を備える空気調和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】
【０００８】
すなわち、本発明によれば、
少なくともダイオードブリッジおよび平滑コンデンサを実装する回路基板であって、
ダイオードが実装可能な１対の導体ランドパターンを有する第１のダイオード配置部および第２のダイオード配置部と、
短絡部品が実装可能な１対の導体ランドパターンを有し、前記短絡部品の実装の有無によって、前記１対の導体ランドパターン間の短絡および開放の切り替えが可能な切替部と、
前記切替部の第１の導体ランドパターンと、前記平滑コンデンサと、前記第１のダイオード配置部のカソード側の導体ランドパターンと、前記第２のダイオード配置部のカソード側の導体ランドパターンとが接続される配線パターンと、
前記切替部の第２の導体ランドパターンと、前記ダイオードブリッジとが接続される配線パターンと
を備える、回路基板が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異なる仕様に対応した構成を選択できる回路基板、この回路基板を用いた回路およびこの回路を備える空気調和装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術におけるＩＥＣ規格非適用地域向けの力率改善回路の回路図および電流波形の例を示す図。
【図２】従来技術におけるＩＥＣ規格適用地域向けの力率改善回路の回路図および電流波形の例を示す図。
【図３】従来の力率改善回路においてスイッチングした場合の各電流経路を示す図。
【図４】本実施形態における回路基板構成を示す図。
【図５】本実施形態の回路基板においてＩＥＣ規格非適用回路を構成した回路図。
【図６】本実施形態の回路基板においてＩＥＣ規格適用回路を構成した回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を、実施形態を以て説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。
【００１２】
なお、以下に説明する実施形態では、空気調和装置の高調波電流に関する規制が比較的緩やかな地域と、厳格な規制が求められる地域とを便宜的に区別するため、それぞれ「ＩＥＣ規格非適用地域」、「ＩＥＣ規格適用地域」として参照する。また、ＩＥＣ規格非適用地域向けの力率改善回路を「ＩＥＣ規格非適用回路」、ＩＥＣ規格適用地域向けの力率改善回路を「ＩＥＣ規格適用回路」としてそれぞれ参照する。しかしながら、上記の区別は便宜的なものであって、必ずしもＩＥＣ規格の適用／非適用によって区別されなくともよい。すなわち、発生する高調波電流に関して、相対的に規制が緩い地域と、相対的に規制が厳格な地域とで区別されるものであればよい。
【００１３】
従来技術におけるＩＥＣ規格非適用回路およびＩＥＣ規格適用回路の回路構成について、図１および図２を以て説明する。まず、図１について説明する。図１は、従来技術におけるＩＥＣ規格非適用地域向けの力率改善回路の回路図および電流波形の例を示す図である。
【００１４】
従来技術におけるＩＥＣ規格非適用回路は、図１（ａ）に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２、リアクタンス素子Ｌ１、スイッチング素子Ｑ１、平滑コンデンサＣ１から構成され、交流電源１００と接続される。
【００１５】
スイッチング素子Ｑ１がオン時には、図１（ａ）の灰色の矢印で示される経路で電流が流れる。ここで、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを複数回行うと、破線の矢印で示されるリカバリ電流が平滑コンデンサＣ１から発生する。ダイオードブリッジＤＢ１を構成するダイオードは、逆回復時間が比較的長いため、リカバリ電流を抑制することができず、リカバリ電流が交流電源１００側に流れる。そのため、電源系統に悪影響を及ぼし得ることから、高調波電流特性が悪いＩＥＣ規格非適用回路では、電源の周波数の半周期に対して１回のスイッチングしかできない。
【００１６】
図１（ｂ）は、ＩＥＣ規格非適用回路の電流波形の例を示すグラフであり、横軸は時間を、縦軸は電流をそれぞれ示している。図１（ｂ）における破線の領域内に見られる尖った形状の波形は、スイッチング素子Ｑ１によるスイッチングに起因するものである。ＩＥＣ規格非適用回路は高調波電流特性が悪いため、図１（ｂ）に示すように、電源の周波数の半周期に対して１回のスイッチングしかできない。
【００１７】
次に、図２について説明する。上述したように、ＩＥＣ規格非適用回路は高調波電流特性が悪いため、ＩＥＣ規格適用地域には不向きである。そのため、ＩＥＣ規格適用地域を仕向け地とする場合には、厳格な高調波電流規格を満たす仕様の回路とする必要がある。図２は、従来技術におけるＩＥＣ規格適用地域向けの力率改善回路の回路図および電流波形の例を示す図である。
【００１８】
従来技術におけるＩＥＣ規格適用回路は、図２（ａ）に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１、リアクタンス素子Ｌ１、スイッチング素子Ｑ１、平滑コンデンサＣ１、ダイオードＤ１から構成され、交流電源１００と接続される。ここで、ダイオードＤ１は、逆回復時間が比較的短い、いわゆるファストリカバリダイオード（ＦＲＤ）である。
【００１９】
スイッチング素子Ｑ１がオン時には、図２（ａ）の灰色の矢印で示される経路で電流が流れる。ここで、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを複数回行うと、破線の矢印で示されるリカバリ電流が平滑コンデンサＣ１から発生する。ＩＥＣ規格適用回路では、ファストリカバリダイオードが実装されているため、リカバリ電流が交流電源１００側に流れるのを抑制することができる。そのため、ＩＥＣ規格適用回路では、高調波電流特性がよく、電源の周波数の半周期に対して２回以上のスイッチングが可能となる。
【００２０】
図２（ｂ）は、ＩＥＣ規格適用回路の電流波形の例を示すグラフであり、横軸は時間を、縦軸は電流をそれぞれ示している。図２（ｂ）における破線の領域内に見られる尖った形状の波形は、スイッチング素子Ｑ１によるスイッチングに起因するものである。ＩＥＣ規格適用回路は高調波電流特性がよいことから、図２（ｂ）に示すように、電源の周波数の半周期に対して２回以上のスイッチングが可能である。
【００２１】
ところで、上述したように、ＩＥＣ規格適用回路は、高調波電流特性に優れ、リカバリ電流を適切に抑制することができる。したがって、ＩＥＣ規格非適用地域を仕向け地とする空気調和装置にＩＥＣ規格適用回路を搭載することも可能である。しかしながら、従来技術におけるＩＥＣ規格適用回路は、以下の図３を以て説明する通り、ＩＥＣ規格非適用回路に比べて回路効率が悪い。そのため、空気調和装置には、仕向け地において求められる仕様に適した力率改善回路を搭載することが好ましい。
【００２２】
図３は、従来の力率改善回路においてスイッチングした場合の各電流経路を示す図である。図３（ａ）は、図１に示した回路と同一のＩＥＣ規格非適用回路の電流経路を示し、図３（ｂ）は、図２に示した回路と同一のＩＥＣ規格適用回路の電流経路を示している。また、図３（ａ）、（ｂ）において灰色の矢印で示される経路Ａは、スイッチング素子Ｑ１がオン状態である場合の電流経路であり、破線の矢印で示される経路Ｂは、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態である場合の電流経路である。
【００２３】
ＩＥＣ規格非適用回路では、図３（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１がオン状態時に流れる電流（経路Ａ）、オフ状態時に流れる電流（経路Ｂ）ともに、ダイオードブリッジＤＢ１またはＤＢ２を構成する２つのダイオードを通過することになる。
【００２４】
一方で、ＩＥＣ規格適用回路では、図３（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１がオン状態時に流れる電流（経路Ａ）は、ダイオードブリッジＤＢ１を構成する２つのダイオードを通過する。しかしながら、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態時に流れる電流（経路Ｂ）は、ダイオードブリッジＤＢ１を構成する２つのダイオードと、ダイオードＤ１とを合わせた３つのダイオードを通過することとなる。ダイオードに電流が流れると損失が増えることから、ＩＥＣ規格適用回路のほうがＩＥＣ規格非適用回路よりも回路効率が低くなる。したがって、空気調和装置には、仕向け地の規格に応じた力率改善回路を搭載することが好ましい。
【００２５】
ここまでに説明した通り、空気調和装置は、図１や図２に示した力率改善回路を仕向け地に応じて搭載する。一方で、図１に示したＩＥＣ規格非適用回路と、図２に示したＩＥＣ規格適用回路とは、使用する部品の多くが共通している。そのため、回路基板の開発にかかるコストや評価時間などを低減する観点から、ＩＥＣ規格非適用回路の回路基板と、ＩＥＣ規格適用回路の回路基板とを共通化することが好ましい。そこで、以下に説明する実施形態に示す構成とすることで、ＩＥＣ規格非適用回路の回路基板と、ＩＥＣ規格適用回路の回路基板とを共通化することができる。図４は、本実施形態における回路基板構成を示す図である。
【００２６】
本実施形態の回路基板は、図４に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２、リアクタンス素子Ｌ１、スイッチング素子Ｑ１、平滑コンデンサＣ１の各部品を配置する配置部を備えて構成され、交流電源１００と接続される配線パターンを備える。また、本実施形態の回路基板は、ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２、ジャンパ配置部ＪＰ１を備えて構成される。
【００２７】
ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２は、ダイオードの実装が可能な１対の導体ランドパターンを有し、半田付けなどによって導体ランドパターン間にダイオードを実装することができる。図４のダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２近傍の「Ａ」、「Ｋ」なる符号は、それぞれダイオードのアノード端子、カソード端子を示している。また、ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２は、ダイオードを実装せず、導体ランドパターン間を電気的に開放（オープン）することができる。なお、説明する実施形態における用語「導体ランドパターン」は、部品の取り付けに用いられる導体のパターンを指し、例えば、表面実装用のパッドやスルーホール基板における部品取り付け穴などが挙げられる。
【００２８】
ジャンパ配置部ＪＰ１は、短絡部品の実装が可能な１対の導体ランドパターンを有し、
ジャンパ線のような導体やいわゆるゼロオーム抵抗などを実装することができる。これによってジャンパ配置部ＪＰ１の導体ランドパターン間を電気的に短絡（ショート）することができる（以下では、ジャンパ線やゼロオーム抵抗などの専ら電気的な短絡の用に供される部品を総称して「短絡部品」として参照する）。ジャンパ配置部ＪＰ１は、短絡部品の実装の有無によって、導体ランドパターン間の電気的な短絡（ショート）および開放（オープン）を切り替えることができる。すなわち、ジャンパ配置部ＪＰ１は、短絡と開放とを選択的に切り替えることができる切替部として機能する。
【００２９】
また、本実施形態における回路基板は、各部品が図４に示すように電気的に接続される配線パターンを有する。より具体的には、本実施形態の回路基板は、ジャンパ配置部ＪＰ１の一方の導体ランドパターンと、平滑コンデンサＣ１と、第１のダイオード配置部Ｄ１のカソード側の導体ランドパターンと、第２のダイオード配置部Ｄ２のカソード側の導体ランドパターンとが接続される配線パターンを有する。また、本実施形態の回路基板は、ジャンパ配置部ＪＰ１の他方の導体ランドパターンと、ダイオードブリッジＤＢ１の出力側の端子とが接続される配線パターンを有する。
【００３０】
図４に示す配線パターンを備える回路基板とすることで、ＩＥＣ規格非適用回路の回路基板と、ＩＥＣ規格適用回路の回路基板とを共通化できる。すなわち、図４に示す構成の回路基板において、ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２およびジャンパ配置部ＪＰ１への、ダイオードや短絡部品の実装の有無を適切に組み合わせることで、ＩＥＣ規格非適用回路とするか、ＩＥＣ規格適用回路とするかを選択することができる。
【００３１】
そこで、図４に示した本実施形態の回路基板を用いて構成されるＩＥＣ規格非適用回路およびＩＥＣ規格適用回路について、図５および図６を以て説明する。図５は、本実施形態の回路基板においてＩＥＣ規格非適用回路を構成した回路図である。また、図６は、本実施形態の回路基板においてＩＥＣ規格適用回路を構成した回路図である。なお、以下の図５および図６の説明においては、下記の表１を適宜参照するものとする。表１は、ＩＥＣ規格非適用回路構成時およびＩＥＣ規格適用回路構成時における、ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２およびジャンパ配置部ＪＰ１の状態を示す表である。
【００３２】
【表１】
0006823214.tif 000002
【００３３】
本実施形態の回路基板においてＩＥＣ規格非適用回路を構成する場合には、図５および表１に示すような構成とする。すなわち、ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２には部品を実装せず、導体ランドパターン間を電気的に開放する。また、ジャンパ配置部ＪＰ１に短絡部品を実装して、導体ランドパターン間を電気的に短絡する。これによって、図１に示したＩＥＣ規格非適用回路に相当する回路を構成できる。なお、図５の灰色の矢印は、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態時における電流経路を示している。
【００３４】
一方で本実施形態の回路基板においてＩＥＣ規格適用回路を構成する場合には、図６および表１に示すような構成とする。すなわち、ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２にはダイオードを実装する。なお、ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２に実装するダイオードは、逆回復時間が短いファストリカバリダイオードであることが好ましく、例えば、ダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２を構成するダイオードよりも逆回復時間が短いダイオードであることが好ましい。また、ジャンパ配置部ＪＰ１には短絡部品を実装せず、導体ランドパターン間を電気的に開放する。これによって、図２に示したＩＥＣ規格適用回路に相当する回路を構成できる。なお、図６の灰色の矢印は、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態時における電流経路を示し、破線の矢印は、スイッチング素子Ｑ１がスイッチングした際に生じるリカバリ電流を示している。図６に示すように、ダイオード配置部Ｄ１，Ｄ２に配置されたダイオードによって、リカバリ電流が交流電源１００側に流れるのを抑制することができる。さらに、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態の場合であっても、電流が通過するダイオードの数は２つであり、回路効率を改善することができる。
【００３５】
このように、本実施形態の回路構成とすることで、ＩＥＣ規格非適用回路の回路基板と、ＩＥＣ規格適用回路の回路基板とを共通化できる。したがって、同一の回路基板において部品の実装の有無によって、ＩＥＣ規格非適用回路とするか、ＩＥＣ規格適用回路とするかを選択できる。また、回路基板を共通化することによって、回路基板の開発コストや評価時間などを低減できる。
【００３６】
以上、説明した本発明の各実施形態によれば、異なる仕様に対応した構成を選択できる回路基板、この回路基板を用いた回路およびこの回路を備える空気調和装置を提供することができる。
【００３７】
なお、上述した実施形態における回路基板は、特に実施形態を限定するものではないが、一般的なプリント基板とすることができる。また、部品を実装する形態についても特に限定されず、表面実装やスルーホール実装など、任意の形態を適用することができる。したがって、実装される部品も特に限定されず、チップ部品やリード部品などを任意に選択して用いることができる。
【００３８】
以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
ＪＰ１…ジャンパ配置部、
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード（ダイオード配置部）、
Ｃ１…平滑コンデンサ、
ＤＢ１，ＤＢ２…ダイオードブリッジ、
Ｌ１…リアクタンス素子、
Ｑ１…スイッチング素子、
１００…交流電源
【要約】
【課題】  異なる仕様に対応した構成を選択できる回路基板、この回路基板を用いた回路およびこの回路を備える空気調和装置を提供すること。
【解決手段】  少なくともダイオードブリッジＤＢ１および平滑コンデンサＣ１を実装する回路基板であって、ダイオードが実装可能な１対の導体ランドパターンを有する第１のダイオード配置部Ｄ１および第２のダイオード配置部Ｄ２と、短絡部品が実装可能な１対の導体ランドパターンを有し、短絡部品の実装の有無によって、短絡および開放の切り替えが可能な切替部ＪＰ１と、切替部ＪＰ１の第１の導体ランドパターン、平滑コンデンサＣ１、第１のダイオード配置部Ｄ１のカソード側の導体ランドパターンＫおよび第２のダイオード配置部Ｄ２のカソード側の導体ランドパターンＫが接続される配線パターンと、切替部ＪＰ１の第２の導体ランドパターンと、ダイオードブリッジＤＢ１とが接続される配線パターンとを備える。
【選択図】  図３【図１】
0006823214.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006823214.tif 000006
【図５】
0006823214.tif 000007
【図６】
0006823214.tif 000008